11.12: Curvas de Aquecimento e Arrefecimento

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.