Mudanças de estado físico

As mudanças de estado físico são transformações na configuração macroscópica de qualquer substância. Habitualmente, os três estados mais comuns de serem encontrados são sólido, líquido e gasoso. A partir do momento que existe aquecimento ou resfriamento, um corpo pode ar por alguns processos de mudança de estado: fusão, solidificação, ebulição, condensação e sublimação.

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Resumo mudanças de estado físico

• Mudanças de estado físico são transformações na configuração macroscópica de qualquer substância.
• São elas:
  • Fusão:  agem do estado sólido para o líquido.
  • Ebulição: agem do estado líquido para o gasoso.
  • Condensação: agem do estado gasoso para o líquido.
  • Solidificação: agem do estado líquido para o gasoso.
  • Sublimação: agem do estado sólido para o gasoso.
• É possível observar a mudança de estado físico por meio de um gráfico de pressão por temperatura, chamado de diagrama de fases.

O que são mudanças de estado físico?

O estado físico de um corpo representa uma configuração macroscópica relacionada à velocidade do movimento das partículas que o compõe. A energia cinética do movimento das partículas é convencionalmente relacionada à temperatura do objeto, o que torna essa grandeza em questão o melhor indicativo para determinar o estado físico de um objeto sob condições normais de pressão.

Dessa forma, ao interagir com outras fontes de calor, frias ou quentes, a mudança da temperatura irá provocar, por consequência, variação na velocidade e movimento das moléculas, podendo elas ficarem mais próximas ou afastadas. Assim, em temperaturas específicas, cada corpo pode transformar sua configuração molecular e mudar de estado.

Quais são as mudanças de estado físico?

Cada mudança de estado físico possui um nome particular. Quando um corpo sólido, após ar por um processo de aquecimento e atingir a temperatura específica que marca a transformação de seu estado, muda sua configuração para o estado líquido, realiza um processo chamado fusão. Agora, no estado líquido, caso continue a ser aquecido e alcance mais uma vez a temperatura necessária para mudar de estado, irá realizar o processo de ebulição, ficando na forma de gás.

Mas também é possível visualizar mudanças de estado físico no resfriamento. Um gás, ao diminuir sua temperatura, pode sofrer a condensação, voltando então a ser líquido. Ao continuar o processo de resfriamento, ocorre o processo de solidificação. Ao fim do processo inverso, o objeto está de novo na sua forma sólida.

Alguns corpos sólidos podem mudar de estado físico diretamente para a forma de vapor, assim como o contrário. Nesses casos, ocorre a sublimação. Assim, resumindo:

• Fusão:  agem do estado sólido para o líquido.
• Ebulição: agem do estado líquido para o gasoso.
• Condensação: agem do estado gasoso para o líquido.
• Solidificação: agem do estado líquido para o gasoso.
• Sublimação: agem do estado sólido para o gasoso.

Exemplos de mudanças de estado físico

a) fusão: é muito comum usar barras de chocolate na confeitaria, principalmente para coberturas ou recheios. Para isso, usa-se uma técnica chamada banho-maria, na qual o chocolate fica em contato com água aquecida e, num processo mais controlado, começa a derreter. O chocolate, em média, tem sua fusão perto de 30 °C.

b) solidificação: na indústria artesanal da produção de vidros temperados, é prática comum usar uma fonte intensa de calor para em primeiro lugar derreter o vidro, ando-o para o estado líquido. Quando o material se encontra na forma desejada, usa-se um banho de resfriamento para rapidamente solidificar a amostra.

c) sublimação: muitas pessoas usam pastilhas de naftalina em armários para evitar o acúmulo de umidade. As pastilhas são conhecidas por “sumirem” após algum tempo, quando, na verdade, elas am por um processo de sublimação, que ocorre em temperatura ambiente.

Estados físicos da água

A água é uma substância comum de ser encontrada no cotidiano, na maior parte das vezes estando no estado líquido. Existem dois fatores que determinam o estado físico da água: temperatura e pressão. Em condições normais, em que a pressão está em 1 atm, a água se solidifica ao se resfriar até 0 °C (virando gelo) e entra em ebulição quando aquece até 100 °C (vapor).

Existem maneiras de mudar as temperaturas para mudanças de estado físico da água, como o que acontece com uma a de pressão em perfeito funcionamento. Para reduzir o tempo de cozimento de diversos grãos duros, mantendo a água em uma alta pressão, é possível fazer com que ela atinja temperaturas superiores a 100 °C. De maneira parecida, é possível ferver água e transformá-la em vapor, em grandes altitudes, antes de se chegar ao aquecimento em 100 °C.

Diagrama de fases

Um diagrama de fases é um tipo especial de gráfico que mostra as condições de equilíbrio entre estados termodinâmicos distintos. O mais comum são os diagramas de pressão-temperatura para uma única substância, como a água. Dessa forma, as linhas presentes no diagrama mostram o comportamento da substância em intervalos distintos de pressão e/ou temperatura, podendo inclusive apresentar pontos onde haja a existência de três estados estáveis.

Como pode ser visualizado na figura acima, o ponto triplo marca a divisão do gráfico em três área distintas: sólido, líquido e gasoso. A partir dessas informações, é possível determinar quais as condições necessárias para encontrar uma determinada substância em um estado específico.

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Exercícios sobre mudanças de estado físico

1. (Espcex (Aman) 2024) Uma substância pura pode se apresentar em três estados de agregação: sólido, líquido e gasoso. Com relação às mudanças de fase à pressão constante de uma determinada substância pura, podemos afirmar que: 

a) o calor latente de fusão é trocado quando a substância tem a sua temperatura diminuída durante a transformação de líquido para sólido.   

b) o calor latente de vaporização é trocado quando a substância tem a sua temperatura aumentada durante a transformação de vapor para líquido.   

c) o calor específico da substância no estado líquido e o calor específico da substância no estado de vapor são iguais.   

d) a capacidade térmica da substância no estado sólido e a capacidade térmica da substância no estado líquido são iguais.   

e) a razão entre o calor trocado e a variação de temperatura durante o aquecimento, no estado sólido, depende da massa da substância.  

Resposta:

Letra E.

[A] Falsa. Não há variação de temperatura durante a mudança de estado de uma substância pura.

[B] Falsa. Idem ao item anterior.

[C] Falsa. O calor específico da substância pode variar com a mudança de estado físico.

[D] Falsa. Como pode haver variação no calor específico, isso também ocorre com a capacidade térmica da substância.

[E] Verdadeira. A razão dada depende da massa conforme ilustra a equação a seguir:

2 (Eear 2024) A figura a seguir representa um diagrama de fases de uma amostra de uma substância pura. As linhas tracejadas no gráfico representam quatro diferentes transformações isobáricas (A, B, C e D) que essa amostra sofreu.

Assinale a alternativa que indica corretamente a transformação em que essa amostra, durante a fase em que se encontra líquida, absorveu maior quantidade de calor. 

a) A   

b) B   

c) C   

d) D  

Resposta:

Letra A. Lembrando que a fase líquida (L) se encontra na região apontada abaixo:

Como Q = mcΔθ,  a maior absorção de calor ocorre na transformação A, pois nessa há a maior variação de temperatura da substância na sua fase líquida.

Créditos da imagem

^[1] Wikimedia Commons (reprodução)

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl (colab.). Fundamentos de física: gravitação, ondas e termodinâmica. Volume 2. 10. ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos, 2016.

HEWITT, P. G. Física conceitual. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002.