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Calorimetria: Mudança de Estado Físico

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1. CALOR E MUDANÇA DE ESTADO

Toda matéria, dependendo da temperatura, pode se apresentar em três estados: sólido, líquido e gasoso.
As possíveis mudanças de estado, quando uma substância recebe ou cede calor, estão esquematizadas na figura abaixo:

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Quando, à pressão constante, uma substância recebe (absorve) calor sensível, sua temperatura aumenta: se o calor é latente, ocorre mudança de estado, mantendo-se a mesma temperatura. 

O gráfico ilustra a variação da temperatura de uma substância em função do calor absorvido pela mesma.

curva_de_aquecimento.gif (1533 bytes)

curva_de_aquecimento_legenda.gif (1537 bytes)

Importante:

1) O termo sublimação é usado para designar a mudança sólidoÛ gasoso. Alguns autores classificam a passagem sólidoè gasoso como sublimação direta ou 1ª sublimação, e a passagem gasosoè sólido como sublimação inversa ou 2ª sublimação.

Na CNTP o melhor exemplo de sublimação é o da naftalina, que passa do estado sólido diretamente para o gasoso.
2)A mudança líquidoè gasoso, que chamamos vaporização, deve ser subdividida em:

a) Evaporação: é um processo espontâneo e lento, que se verifica a uma temperatura qualquer e depende da área de contato.
Na evaporação, quanto maior a área de contato mais rapidamente se processa a passagem do estado líquido para o gasoso.
b) Ebulição: é um processo que se verifica a uma determinada temperatura (a pressão tem influência sobre a temperatura, veremos posteriormente). Logo é um processo forçado. É mais rápido que a evaporação.
c) Calefação: ocorre quando uma massa de líquido cai sobre uma superfície aquecida a uma temperatura superior a temperatura de ebulição do líquido.
A calefação é um processo quase instantâneo. Ao observarmos gotas d’água caírem sobre uma chapa bem quente, notamos que as gotas vaporizam rapidamente emitindo um chiado característico.

2. CALOR LATENTE

Calor latente de mudança de estado L é a quantidade de calor, por unidade de massa, que é necessário fornecer ou retirar de um dado corpo, a uma certa pressão, para que ocorra a mudança de estado, sem variação de temperatura.

Matematicamente:
 


Da definição de calor latente resulta sua unidade de medida: cal/g , J/g, KJ/kg, BTU/lb, etc.
A quantidade de calor envolvida na mudança de estado decorre da definição de calor latente.

Q = m.L

Importante: 

  • À pressão constante, toda substância sofre mudança de estado a uma determinada temperatura.
  • À pressão constante, durante a mudança de estado a temperatura se mantém constante.
  • Nas mesmas condições, a quantidade de calor recebida (absorvida) ou cedida (liberada) por uma dada substância, durante a mudança de estado, é, em valor absoluto, igual para a unidade de sua massa.

Exemplo:

calor latente de fusão do gelo:  LF = 80cal/g
calor latente de solidificação da água: LS = - 80 cal/g
O sinal (+) refere-se à quantidade de calor recebida (absorvida) pela substância, e o sinal (-) à quantidade de calor cedida (liberada) pela mesma.

3. INFLUÊNCIA DA PRESSÃO

A pressão influi sobre as temperaturas em que ocorrem as mudanças de estado físico.

3.1 INFLUÊNCIA NA FUSÃO

   Quase todas as substâncias, ao fundirem, aumentam de volume. No entanto existem algumas exceções, como a água, a prata, o antimônio, o bismuto, que diminuem de volume ao fundirem.

   A pressão influencia a temperatura de fusão desses dois grupos de maneira distinta, vejamos.

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 Tudo o que foi dito sobre a temperatura de fusão também é válido para a temperatura de solidificação.

3.2 INFLUÊNCIA NA EBULIÇÃO

   A influência da pressão sobre a ebulição é muito mais simples que sobre a fusão, pois a regra agora é única:

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