11.12:

11.12: Curvas de Aquecimento e Resfriamento

Heating and Cooling Curves

JoVE Core
Chemistry

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JoVE Core Chemistry

Heating and Cooling Curves

11.11: Phase Transitions: Sublimation and Deposition

11.13: Phase Diagrams

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02:44 min

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September 24, 2020

Overview

Quando uma substância, isolada do seu ambiente, é submetida a alterações térmicas, observa-se a alteração correspondente da temperatura e da fase da substância; esta é representada graficamente pelas curvas de aquecimento e arrefecimento.

Por exemplo, a adição de calor aumenta a temperatura de um sólido; a quantidade de calor absorvida depende da capacidade térmica do sólido (q = mc_sólidoΔT). De acordo com a termoquímica, a relação entre a quantidade de calor absorvida ou libertada por uma substância, q, e a respectiva alteração de temperatura, ΔT, é:

em que m é a massa da substância, e c é o seu calor específico. A relação aplica-se à matéria que está a ser aquecida ou arrefecida, mas não a mudar de estado.

Quando a temperatura é suficientemente alta, o sólido começa a derreter (Figura 1, ponto A). O calor absorvido depende da capacidade térmica do sólido (q = mc_sólidoΔT), e um plateau é observado no seu ponto de fusão. O plateau indica uma mudança de estado de sólido para líquido, durante a qual a temperatura não aumenta devido ao calor de fusão (q = mΔH_fusão). Por outras palavras, o aumento do calor é resultado de uma diminuição das atrações intermoleculares, em vez de aumentar as energias cinéticas moleculares. Consequentemente, enquanto uma substância está a mudar de estado, a sua temperatura permanece constante.

Assim que o sólido tiver derretido completamente (Figura 1, ponto B), o líquido começa a aquecer e sofre um aumento na temperatura. O calor absorvido depende da capacidade térmica do líquido (q = mc_líquidoΔT). Quando o líquido atinge o seu ponto de ebulição, o líquido começa a vaporizar (Figura 1, ponto C) e a temperatura permanece constante apesar da entrada contínua de calor. Outro plateau (temperatura constante) é observado no ponto de ebulição do líquido durante a transição líquido-gás devido ao calor da vaporização (q = mΔH_vap). Esta mesma temperatura é mantida pelo líquido desde que esteja a ferver. Se o calor for fornecido a uma taxa maior, a temperatura do líquido não sobe, mas, em vez disso, a ebulição torna-se mais vigorosa (rápida). Depois de todo o líquido ter vaporizado (Figura 1, ponto D), a temperatura do gás aumenta.

Figura 1. A curva de aquecimento representativa de uma substância representa alterações na temperatura que resultam na absorção de quantidades crescentes de calor. Os plateaus da curva (regiões de temperatura constante) são exibidos quando a substância é submetida a transições de fase.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 10.3: Phase Transitions.

Transcript

Aquecimento ou arrefecimento de uma substância leva a uma alteração da temperatura, seguida de alterações de fase. O aquecimento de uma substância aumenta a energia térmica das suas moléculas, que se reflete como o aumento de temperatura até atingir um ponto de transição. Quando a substância tiver absorvido calor suficiente, as forças atrativas entre as suas moléculas são superadas, levando a uma transição de fase a uma temperatura constante.

Uma vez a transição esteja completa, o aquecimento resulta num aumento da temperatura novamente. Quando o calor é removido da substância, a diminuição da sua energia térmica das moléculas corresponde a uma queda na temperatura, até atingir um ponto de transição. Depois, a temperatura permanece constante e as forças intermoleculares mais fortes são restabelecidas durante a mudança de fase.

O comportamento de uma substância em resposta às mudanças de temperatura pode ser modelado utilizando curvas de aquecimento ou curvas de arrefecimento, onde a mudança de temperatura é traçada em função do calor adicionado ou removido. Consideremos um copo cheio com cubos de gelo, inicialmente a 20 graus Celsius. À medida que o calor flui para dentro, a temperatura do gelo sobe de forma constante.

A quantidade de calor absorvido no aquecimento do gelo depende da capacidade térmica específica do gelo. Uma vez derretido o ponto de fusão do gelo foi alcançado, a temperatura deixa de subir apesar do fluxo de calor contínuo. Os efeitos do calor absorvido enfraquece as forças intermoleculares até que o gelo esteja completamente derretido em água líquida.

O patamar do equilíbrio dos sólidos líquidos é característico da fase de transição para uma temperatura constante. A entalpia muda entre o início e o fim do patamar e indica o montante de calor necessário para o processo de fusão, ou, por outras palavras, a entalpia da fusão da água. Após o derretimento o processo está completo, o calor absorvido resulta num aumento linear correspondente em temperatura.

A capacidade de calor específica da água dita o montante de calor absorvido. No ponto de ebulição, a temperatura deixa de subir. O calor absorvido em vez disso, contribui para superar as forças atrativas entre as moléculas da água até que a água vaporiza completamente.

O patamar do equilíbrio dos líquidos-gasosos representa a fase de transição de uma temperatura constante. A alteração na entalpia entre o início e fim do patamar é a entalpia de vaporização da água. Afinal de contas o líquido transforma-se em vapor, o calor adicional faz com que a temperatura suba novamente.

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Aquecimento Resfriamento Substância Mudanças de Temperatura Mudanças de Fase Energia Térmica Ponto de Transição Absorção de Calor Transição de Fase Forças Intermoleculares Curva de Aquecimento Curva de Resfriamento Capacidade de Calor Específico Ponto de Fusão Equilíbrio Sólido-Líquido