Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

Mudanças de estado

✓ Estados de agregação

✓ Estado sólido: sujeito a forças de coesão de grande intensidade; vibração atômico-molecular reduzida; forma e volume constantes; incompressíveis.

Intensidade das forças de coesão e arranjo dos átomos ou moléculas

✓ Estado líquido: sujeito a forças de coesão de menor intensidade que os sólidos; vibraçãoatômico-molecular mais acentuada que os sólidos; volume constante mas a forma não;incompressíveis.

✓ Estado gasoso: sujeito a forças de coesão de pequena intensidade; vibração atômico-molecular bem acentuada; forma e volume não são constantes (grande expansibilidade ecompressibilidade); compressíveis.

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

Endotérmicas

Exotérmicas

➢ Obs.: trabalhamos com a fusão de sólidos cristalinos. Materiais amorfos, como o vidro(líquido de altíssima viscosidade), passam por uma espécie de fusão pastosa.

quando o vidro cai as ligações entre as moléculas se rompem, provocando a quebra. O vidrose estilhaça de maneira aleatória uma vez que há partes em que as ligações entre asmoléculas são mais fortes que as outras (ligações desordenadas)

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Diagrama de fases

curva de fusão

curva de vaporização

curva de sublimação ponto triplo: aquele em que coexistemas três fases da substância

➢ Obs.: o ponto triplo da água tem valores: temperatura de 273,16 K e pressão 0,006 atm

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Transição sólido/líquido✓ Substâncias que se expandem na fusão

quanto maior for a pressão, maior será a temperatura de fusão

✓ Substâncias que se contraem na fusão

quanto maior for a pressão, menor será a temperatura de fusão

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

Exemplos• Quando a água líquida se transforma em gelo, há um aumento de volume e uma diminuição

de densidade. Isso explica o fato de observamos blocos de gelo flutuando na água (iceberg)

• A água se contrai na fusão e se expande na solidificação. Se enchermos uma garrafa (devidro) com água e a tamparmos, colocando-a em seguida no congelador, a água ao setransformar em gelo aumentará de volume, podendo quebrar a garrafa

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

• Experiência de Tyndall: um bloco de gelo abaixo de 0 0C é atravessado por um fiometálico tracionado por corpos em suas extremidades, sem que o bloco se parta. Issoacontece pois o gelo se funde numa temperatura menor que 0 0C em virtude do aumento depressão determinado pela ação do fio sobre o gelo. À medida que o fio vai atravessando aágua formada, esta fica aliviada do acréscimo de pressão e volta a se congelar (regelo)

quando um patinador desliza sobre uma pista de gelo, a pressão exercida pelaslâminas dos patins provoca a fusão do gelo, facilitando o deslizamento dos patins.Logo que o patinador passa, a pressão volta ao estado inicial e a água se torna gelo(regelo)

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Sobrefusão (superfusão)Sobrefusão ou superfusão é o nome que se dá ao fenômeno pelo qual um líquido é mantidonesse estado de agregação numa temperatura inferior ao seu ponto de solidificação.

➢ Obs.: a simples agitação do sistema ou a introdução de um núcleo de solidificação produz aimediata solidificação da quantidade que já deveria ter-se solidificado

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Transição líquido/vaporA passagem de uma substância do estado líquido para o estado de vapor chama-segenericamente vaporização. A curva de vaporização está definida entre os pontos triplo ecrítico.

temperatura crítica

➢ Obs.: o ponto crítico da água tem valores: temperatura de 374 0C e pressão 218 atm

Gás é um estado da substância no qual é impossível condensá-la por uma simplescompressão isotérmica.

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

Considere um recipiente fechado, em que uma substância esteja abaixo datemperatura crítica. Quando comprimida à temperatura constante, sua pressão vaiaumentando até um valor máximo. A partir daí, continuando a diminuição do volume, ocorrea liquefação da substância, permanecendo constante a pressão.

A pressão em que ocorre a transição para líquido é denominada pressão máximade vapor ou pressão de saturação. Nesse momento, haverá equilíbrio dinâmico entrevapor e líquido.

pressão de vaporvapor saturado

➢ Obs.: nos botijões de cozinha o que existe é líquido em presença de seu vapor saturante,exercendo a PMV. Abrindo a válvula, o vapor que sai do botijão é reposto pela vaporizaçãodo líquido em seu interior.

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Isotermas de Andrews

vapor não saturante

vapor saturante

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Resumo das isotermas de Andrews

Para curvas abaixo da curva vermelha (isoterma crítica), se a pressão for aumentadagradualmente, observa-se que o volume ocupado por mol diminui até o ponto A. Desse pontoem diante, mesmo sem variação de pressão, o volume diminui até atingir o ponto B. Essecomportamento da isoterma representa o início da liquefação em A, onde algumas moléculasdo vapor se condensam. Em B, termina a liquefação, todo o vapor se tornou líquido. Do pontoB em diante, mesmo que se aumente a pressão, a variação do volume é muito pequena, o quecaracteriza a incompressibilidade do líquido.

A curva vermelha é chamada isoterma crítica, e a temperatura correspondente é atemperatura crítica. Esse curva marca o limiar entre as isotermas onde ocorre liquefação, eas isotermas dos gases. Assim, no ponto crítico, o gás se liquefaz totalmente, sem variação devolume e pressão. A linha azul que contém os pontos A e B representa estados onde o gás e olíquido podem coexistir em equilíbrio dinâmico, e é chamada curva de saturação.

Convencionou-se chamar de vapor o gás que está abaixo de sua temperatura crítica,e sua pressão de pressão de vapor. Chama-se pressão de vapor saturado a pressão emque o vapor e o líquido coexistem em equilíbrio dinâmico. A pressão de vapor saturado é amáxima (PMV) que um vapor pode exercer a determinada temperatura, menor que a crítica.Essa pressão é uma característica da substância e só depende da temperatura.

✓ Umidade relativa do ar

Por definição:

( )

% .100

pressão parcial do vapor de águaumidade relativa

pressão de vapor saturado=

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Evaporação: é a passagem espontânea e contínua de um líquido para o estado de vapor,que ocorre em qualquer temperatura, através da superfície do líquido exposta aoambiente.

Essa transição é uma consequência da agitação térmica molecular. Devido àscolisões intermoleculares, as moléculas de um líquido têm uma grande variedade de valoresde rapidez. As moléculas superficiais que recebem energia cinética por estarem sendobombardeadas pelas que estão abaixo, podem possuir energia cinética suficiente para selibertar do líquido. Essa energia cinética provém das moléculas que permaneceram nolíquido, ocorrendo então uma diminuição da energia dessas – a evaporação é um processoem que ocorre resfriamento.

✓ Calefação: é a passagem instantânea do estado líquido para o gasoso.

A vaporização pode ocorrer de 3 maneiras:

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

1) Natureza do líquido: há líquidos que se evaporam mais rapidamente que outros, sendodenominados voláteis, e líquidos que se evaporam lentamente, sendo denominadosfixos.

2) Área da superfície livre: como a evaporação ocorre na superfície do líquido exposta aoambiente, então quanto maior for a área da superfície livre do líquido, tanto maior será avelocidade de evaporação.

3) Pressão externa: a pressão exercida sobre a superfície livre do líquido representa umobstáculo para a saída das moléculas. Então quanto maior a pressão externa, tantomenor será a velocidade com que o líquido se evapora.

4) Temperatura: o aumento da temperatura deve causar um aumento na velocidade deevaporação, pois aumenta a energia cinética das moléculas do líquido.

5) Concentração de vapor no ambiente

sensação de desconforto térmico

✓ A formação de nuvens

O ar quente se eleva. Ao fazê-lo, ele se expande. Quando se expande, ele se esfria. Equando esfria, as moléculas de vapor d’água que existem nele tornam-se mais lentas. Ascolisões intermoleculares a baixas velocidades resultam na aglomeração de moléculas.

Se existirem partículas ou íons presentes, maiores e mais lentas, o vapor d’águase condensará sobre essas partículas e, prosseguindo por tempo suficiente, ocorrerá aformação da nuvem. A diferença entre uma neblina e uma nuvem é basicamente a altitude.

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Ebulição ou fervura: ocorre numa temperatura bem definida para cada substância, deacordo com a pressão sob a qual ocorre o processo.

Sob certas condições, a evaporação pode ocorrer abaixo da superfície de umlíquido, formando bolhas de vapor que são empurradas para a superfície pelo empuxo, ondeescapam. Essa mudança, que ocorre ao longo de todo o líquido ao invés de apenas nasuperfície, é chamada de ebulição. Só podem se formar bolhas dentro do líquido quando apressão de vapor no interior da bolha for suficientemente grande para resistir à pressãoexercida sobre ela pelo líquido circundante. Se isso não acontecer, qualquer bolha que seformar será esmagada.

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

quanto maior for a pressão, maior será atemperatura de ebulição

no pico de Everest, a pressão atmosférica vale240 mmHg e a temperatura de ebulição deágua é de 71 0C

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

(ENEM-2015) Sabe-se que nas proximidades dos polos do planeta Terra é comum aformação dos icebergs, que são grandes blocos de gelo, flutuando nas águas oceânicas.Estudos mostram que a parte de gelo que fica emersa durante a flutuação corresponde aaproximadamente 10% do seu volume total. Um estudante resolveu simular essa situaçãointroduzindo um bloquinho de gelo no interior de um recipiente contendo água, observando avariação de seu nível desde o instante de introdução até o completo derretimento dobloquinho. Com base nessa simulação, verifica-se que o nível da água no recipientea) subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, essenível subirá ainda mais.b) subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, essenível descerá, voltando ao seu valor inicial.c) subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, essenível permanecerá sem alteração.d) não sofrerá alteração com a introdução do bloquinho de gelo, porém, após seuderretimento, o nível subirá devido a um aumento em torno de 10% no volume de água.e) subirá em torno de 90% do seu valor inicial com a introdução do bloquinho de gelo e, após

seu derretimento, o nível descerá apenas 10% do valor inicial.

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

E

P

No equilíbrio, temos:

Derretendo todo o gelo, a massa de água formada será igual à massa de gelo:

gelo gelo

água gelo água água gelo gelo água

água

d Vm m d V d V V

d= = =

gelo gelo

líquido sub água sub gelo gelo sub

água

d VE P d V g mg d V d V V

d= = = =

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Névoa e noveiro

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Ocorrência de geadas

Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

✓ Ocorrência de neve