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12.5: Derretimento, Congelamento e Sublimação


objetivos de aprendizado

  • Defina fusão, congelamento e sublimação.

Dependendo das condições circundantes, a matéria normal geralmente existe como uma de três fases: sólido, líquido ou gasoso.

Uma mudança de fase é um processo físico no qual uma substância passa de uma fase para outra. Normalmente, a mudança ocorre ao adicionar ou remover calor a uma determinada temperatura, conhecida como ponto de fusão ou ponto de ebulição da substância. O ponto de fusão é a temperatura na qual a substância vai de um sólido a um líquido (ou de um líquido a um sólido). O ponto de ebulição é a temperatura na qual uma substância passa de um líquido para um gás (ou de um gás para um líquido). A natureza da mudança de fase depende da direção da transferência de calor. Calor indo para dentro uma substância o transforma de sólido em líquido ou de líquido em gás. Removendo calor a partir de uma substância transforma um gás em líquido ou um líquido em sólido.

Dois pontos-chave devem ser enfatizados. Em primeiro lugar, no ponto de fusão ou ponto de ebulição de uma substância, duas fases podem existir simultaneamente. Pegue água (H2O) como exemplo. Na escala Celsius, H2O tem um ponto de fusão de 0 ° C e um ponto de ebulição de 100 ° C. A 0 ° C, ambas as fases sólida e líquida de H2O pode coexistir. No entanto, se o calor for adicionado, parte do H sólido2O vai derreter e se transformar em líquido H2O. Se o calor for removido, acontece o oposto: parte do líquido H2O se transforma em H sólido2O. Um processo semelhante pode ocorrer a 100 ° C: adicionar calor aumenta a quantidade de H gasoso2O, enquanto a remoção do calor aumenta a quantidade de líquido H2O (Figura ( PageIndex {1} )).

Figura ( PageIndex {1} ): O ponto de ebulição da água. Nucleado fervendo de água sobre o queimador de um fogão de cozinha. (Fonte: Wikipedia). A água é uma boa substância para usar como exemplo porque muitas pessoas já estão familiarizadas com ela. Outras substâncias têm pontos de fusão e de ebulição também.

Em segundo lugar, a temperatura de uma substância não muda à medida que a substância passa de uma fase para outra. Em outras palavras, as mudanças de fase são isotérmicas (isotérmico significa “temperatura constante”). Novamente, considere H2O como exemplo. Água sólida (gelo) pode existir a 0 ° C. Se for adicionado calor ao gelo a 0 ° C, parte do sólido muda de fase para se tornar líquido, que também está a 0 ° C. Lembre-se, as fases sólida e líquida de H2O pode coexistir a 0 ° C. Somente depois que todo o sólido derreteu em líquido, a adição de calor muda a temperatura da substância.

Para cada mudança de fase de uma substância, há uma quantidade característica de calor necessária para realizar a mudança de fase por grama (ou por mol) de material. O calor de fusão (ΔHfus) é a quantidade de calor por grama (ou por mol) necessária para uma mudança de fase que ocorre no ponto de fusão. O calor de vaporização (ΔHvapor) é a quantidade de calor por grama (ou por mol) necessária para uma mudança de fase que ocorre no ponto de ebulição. Se você sabe o número total de gramas ou moles de material, você pode usar o ΔHfus ou o ΔHvapor para determinar o calor total sendo transferido para fusão ou solidificação usando estas expressões:

[ text {calor} = n vezes ΔH_ {fus} label {Eq1a} ]

onde (n ) é o número de moles e (ΔH_ {fus} ) é expresso em energia / mol ou

[ text {calor} = m vezes ΔH_ {fus} label {Eq1b} ]

onde (m ) é a massa em gramas e (ΔH_ {fus} ) é expresso em energia / grama.

Para a fervura ou condensação, use estas expressões:

[ text {calor} = n vezes ΔH_ {vap} label {Eq2a} ]

onde (n ) é o número de moles) e (ΔH_ {vap} ) é expresso em energia / mol ou

[ text {calor} = m vezes ΔH_ {vap} label {Eq2b} ]

onde (m ) é a massa em gramas e (ΔH_ {vap} ) é expresso em energia / grama.

Lembre-se de que uma mudança de fase depende da direção da transferência de calor. Se o calor é transferido, os sólidos se tornam líquidos e os líquidos se tornam sólidos nos pontos de fusão e ebulição, respectivamente. Se o calor for transferido, os líquidos se solidificam e os gases se condensam em líquidos.

Exemplo ( PageIndex {1} )

Quanto calor é necessário para derreter 55,8 g de gelo (sólido H2O) a 0 ° C? O calor da fusão de H2O é 79,9 cal / g.

Solução

Podemos usar a relação entre o calor e o calor de fusão (Eq. ( PageIndex {1} ) b) para determinar quantos joules de calor são necessários para derreter este gelo:

[ begin {align *} text {heat} & = m times ΔH_ {fus} [4pt] & = (55,8 : cancel {g}) left ( dfrac {79,9 : cal} { cancel {g}} right) = 4.460 : cal} end {align *} ]

Exercício ( PageIndex {1} )

Quanto calor é necessário para vaporizar 685 g de H2O a 100 ° C? O calor de vaporização de H2O é 540 cal / g.

A Tabela ( PageIndex {1} ) lista os calores de fusão e vaporização para algumas substâncias comuns. Observe as unidades nessas quantidades; ao usar esses valores na solução de problemas, certifique-se de que as outras variáveis ​​em seu cálculo sejam expressas em unidades consistentes com as unidades nos calores específicos, ou calores de fusão e vaporização.

Tabela ( PageIndex {1} ): Calores de fusão e vaporização para substâncias selecionadas
SubstânciaΔHfus (cal / g)ΔHvapor (cal / g)
alumínio (Al)94.02,602
ouro (Au)15.3409
ferro (Fe)63.21,504
água (H2O)79.9540
cloreto de sódio (NaCl)123.5691
etanol (C2H5OH)45.2200.3
benzeno (C6H6)30.494.1

Olhando mais de perto: Sublimação

Há também uma mudança de fase em que um sólido vai diretamente para um gás:

[ text {solid} rightarrow text {gas} label {Eq3} ]

Esta mudança de fase é chamada sublimação. Cada substância possui um calor de sublimação característico associado a esse processo. Por exemplo, o calor de sublimação (ΔHsub) de H2O é 620 cal / g.

Encontramos sublimação de várias maneiras. Você já deve estar familiarizado com gelo seco, que é simplesmente dióxido de carbono sólido (CO2) A −78,5 ° C (−109 ° F), o dióxido de carbono sólido sublima, mudando diretamente da fase sólida para a fase gasosa:

[ mathrm {CO_2 (s) xrightarrow {-78,5 ^ circ C} CO_2 (g)} label {Eq4} ]

O dióxido de carbono sólido é chamado de gelo seco porque não passa pela fase líquida. Em vez disso, ele vai diretamente para a fase gasosa. (Dióxido de carbono posso existem na forma líquida, mas apenas sob alta pressão.) O gelo seco tem muitos usos práticos, incluindo a preservação a longo prazo de amostras médicas.

Mesmo em temperaturas abaixo de 0 ° C, H sólido2O vai sublimar lentamente. Por exemplo, uma fina camada de neve ou geada no solo pode desaparecer lentamente como o H sólido2O sublimes, mesmo que a temperatura externa possa estar abaixo do ponto de congelamento da água. Da mesma forma, os cubos de gelo em um freezer podem ficar menores com o tempo. Embora congelada, a água sólida sublima lentamente, se depositando novamente nos elementos de resfriamento mais frios do freezer, o que requer um degelo periódico (freezers frost-free minimizam essa redeposição). Abaixar a temperatura em um freezer reduzirá a necessidade de descongelar com mais freqüência.

Em circunstâncias semelhantes, a água também irá sublimar a partir de alimentos congelados (por exemplo, carnes ou vegetais), dando-lhes uma aparência não atraente e manchada, chamada de queimadura de congelamento. Não é realmente uma “queimadura” e a comida não está necessariamente estragada, embora não pareça apetitosa. A queimadura do congelador pode ser minimizada baixando a temperatura do congelador e embrulhando bem os alimentos para que a água não tenha nenhum espaço para sublimar.

Ponto de fusão

Os sólidos são semelhantes aos líquidos no sentido de que ambos são estados condensados, com partículas muito mais próximas do que as de um gás. No entanto, embora os líquidos sejam fluidos, os sólidos não são. As partículas da maioria dos sólidos são compactadas firmemente juntas em um arranjo ordenado. O movimento de átomos, íons ou moléculas individuais em um sólido é restrito a movimento vibracional sobre um ponto fixo. Os sólidos são quase completamente incompressível e são os mais densos dos três estados da matéria.

À medida que um sólido é aquecido, suas partículas vibram mais rapidamente à medida que o sólido absorve energia cinética. Eventualmente, a organização das partículas dentro da estrutura sólida começa a se quebrar e o sólido começa a derreter. O ponto de fusão é a temperatura na qual um sólido se transforma em líquido. Em seu ponto de fusão, as vibrações disruptivas das partículas do sólido superam as forças de atração que operam dentro do sólido. Tal como acontece com os pontos de ebulição, o ponto de fusão de um sólido depende da intensidade dessas forças de atração. Cloreto de sódio ( left ( ce {NaCl} right) ) é um composto iônico que consiste em uma infinidade de ligações iônicas fortes. Cloreto de sódio derrete em (801 ^ text {o} text {C} ). O gelo (sólido ( ce {H_2O} )) é um composto molecular composto de moléculas que são mantidas juntas por ligações de hidrogênio. Embora as ligações de hidrogênio sejam as forças intermoleculares mais fortes, a força das ligações de hidrogênio é muito menor do que a das ligações iônicas. O ponto de derretimento do gelo é (0 ^ text {o} text {C} ).

O ponto de fusão de um sólido é igual ao ponto de congelamento do líquido. Nessa temperatura, os estados sólido e líquido da substância estão em equilíbrio. Para a água, este equilíbrio ocorre em (0 ^ text {o} text {C} ).

[ ce {H_2O} left (s right) rightleftharpoons ce {H_2O} left (l right) ]

Temos a tendência de pensar em sólidos como aqueles materiais que são sólidos à temperatura ambiente. No entanto, todos os materiais têm algum tipo de ponto de fusão. Os gases se tornam sólidos em temperaturas extremamente baixas, e os líquidos também se tornam sólidos se a temperatura for baixa o suficiente. A tabela abaixo fornece os pontos de fusão de alguns materiais comuns.

MateriaisPonto de fusão (ºC)
Tabela ( PageIndex {2} ): Pontos de fusão de materiais comuns
Hidrogênio-259
Oxigênio-219
Éter dietílico-116
Etanol-114
Água0
Prata pura961
Ouro puro1063
Ferro1538

Exercício ( PageIndex {2} )

  1. Explique o que acontece quando o calor flui para dentro ou para fora de uma substância em seu ponto de fusão ou de ebulição.
  2. Como a quantidade de calor necessária para uma mudança de fase se relaciona com a massa da substância?
Responder a

A energia é usada para mudar a fase, não a temperatura.

Resposta b

A quantidade de calor é uma constante por grama de substância.

Resumo

  • Há uma mudança de energia associada a qualquer mudança de fase.
  • Sublimação é a mudança de estado de sólido para gasoso, sem passar pelo estado líquido.
  • Deposição é a mudança de estado de um gás para um sólido.
  • O dióxido de carbono é um exemplo de material que facilmente sofre sublimação.
  • O ponto de fusão é a temperatura na qual um sólido se transforma em líquido.
  • As forças intermoleculares têm uma forte influência no ponto de fusão.

Contribuições e atribuições


Mudança de fase: evaporação, condensação, congelamento, fusão, sublimação e # 038 deposição

As substâncias na Terra podem existir em uma das quatro fases, mas principalmente, elas existem em uma das três: sólida, líquida ou gasosa. Aprenda as seis mudanças de fase: congelamento, fusão, condensação, vaporização, sublimação e deposição.
Mudanças de fase
Existem quatro estados da matéria no universo: plasma, gás, líquido e sólido. Mas, a matéria na Terra existe principalmente em três fases distintas: gasosa, líquida e sólida. Uma fase é uma forma distinta de uma substância e a matéria pode mudar entre as fases. Pode levar temperatura, pressão ou energia extremas, mas toda a matéria pode ser alterada.

Existem seis mudanças distintas de fase que ocorrem com diferentes substâncias em diferentes temperaturas. As seis mudanças são:

Congelamento: a substância muda de um líquido para um sólido.
Derretimento: a substância volta do estado sólido ao líquido.
Condensação: a substância muda de um gás para um líquido.
Vaporização: a substância muda de líquido para gás.
Sublimação: a substância passa diretamente do estado sólido ao gasoso, sem passar pela fase líquida.
Deposição: a substância muda diretamente de um gás para um sólido sem passar pela fase líquida.
Exemplos de mudança de fase
O vapor de água transformando-se em geada é um exemplo de deposição.
Folhas de Deposição
Tenho certeza de que você sabe como é a maioria dessas fases. Congelamento é quando a água líquida congela em cubos de gelo. O derretimento é quando os cubos de gelo derretem. A condensação ocorre quando o orvalho se forma na grama pela manhã. A vaporização é quando a água ferve e se transforma em vapor.

Talvez você não conheça a deposição, mas isso acontece quando o vapor d'água vai diretamente para o congelamento, como quando há geada em uma manhã fria de inverno. Um exemplo de sublimação ocorre quando o gelo seco se transforma diretamente em gás. O gás também pode se transformar em plasma. Para fazer isso, você precisa adicionar uma enorme quantidade de energia ao gás para liberar os elétrons dos átomos.

A sublimação ocorre quando o gelo seco se transforma em gás.
Sublimação de gelo seco
Diagrama de mudança de fase
Vamos dar uma olhada na mudança de fase no que diz respeito à água. Isso se aplica a todas as substâncias, mas todos estamos mais familiarizados com a água. A mudança de fase é frequentemente mostrada em um diagrama como o abaixo:

Diagrama de mudanças de fase da água
Diagrama de mudança de fase
Quando uma substância está no estado sólido, ela pode absorver muita energia na forma de calor até atingir o ponto de fusão. Pense na neve lá fora. Uma vez que a neve atinge o solo, ela permanece lá, esteja ela de -50 graus F do lado de fora ou até 32 graus F.

A neve pode absorver energia por todo o caminho até atingir seu ponto de fusão de 32 graus F. Esta é a linha diagonal no estágio I do gráfico. Uma vez que uma substância atinge seu ponto de fusão, ela é uma combinação de sólido e líquido por um tempo, como você pode ver pela linha reta no gráfico no estágio II.


O que é Sublimação?

Supondo que você tenha passado do elementar desde então, você provavelmente está ciente de que, quando aquecido, o sólido derrete em um líquido antes de se transformar em gás. No entanto, a sublimação é um processo químico que pula a fase líquida, fazendo com que o sólido se transforme diretamente em gás. Isso normalmente ocorre quando a substância absorve o excesso de energia de seu entorno, pulando completamente a fase líquida.

Como qualquer outro processo químico, a sublimação ocorre mais facilmente em certas condições climáticas. Isso inclui ventos secos, baixa umidade e baixa temperatura, para citar alguns. É provável que a sublimação ocorra com mais frequência em altitudes mais elevadas com baixa pressão do ar.


12.5: Derretimento, Congelamento e Sublimação

Medições de calorimetria, realizadas por dissociação induzida por multicolisão, têm sido usadas para sondar a fusão de uma série de aglomerados de (NaCl) n Na + com n = 22-37. Os aglomerados se recozem a 225-325 K e derretem a 750-850 K. (NaCl) 22 Na + e (NaCl) 37 Na +, que podem adotar geometrias que são fragmentos perfeitos da estrutura em massa fundem em torno de 850 K. Os outros aglomerados, que (exceto para n = 31) deve ter defeitos, derreter em temperaturas que são até 100 K mais baixas do que os nanocristais perfeitos. As distribuições internas de energia tornam-se bimodais perto da temperatura de fusão. Esta é a assinatura da coexistência de fase dinâmica lenta, onde os aglomerados saltam espontaneamente para frente e para trás entre os estados sólido e líquido com um período médio mais longo do que o necessário para o equilíbrio térmico. A frequência de salto deve estar entre 10 4 e 10 7 s -1 para que a distribuição bimodal seja observável em nossos experimentos. Os aglomerados (NaCl) n Na + podem se dissociar por um processo incomum ativado termicamente, em que a fusão e o congelamento aumentam a energia interna para gerar aglomerados sólidos quentes que podem sublimar antes de resfriarem à temperatura ambiente.


12.5: Derretimento, Congelamento e Sublimação

A fusão do sedimento carbonatado na presença de grafite ou diamante foi experimentalmente investigada a 7,5-12 GPa e 800-1600 ° C em um aparelho multianvil. Dois materiais de partida semelhantes a GLOSS de Plank e Langmuir (Chem Geol 145: 325-394, 1998) foram preparados a partir de óxidos, carbonatos, hidróxidos e grafite. Uma mistura (brilho de Na) era idêntica em composição de elemento principal ao GLOSS, e a outra era mais pobre em Na e mais rica em K (brilho de K). Ambas as misturas iniciais continham

6% em peso de CO 2 e 7% em peso de H2O e foram dopados em um

Nível de 100 ppm com vários oligoelementos, incluindo REE, LILE e HFSE. A assembléia mineral near-solidus continha um polimorfo de sílica (coesita ou estishovita), granada, cianita, clinopiroxênio, carbonatos (solução sólida de aragonita e magnesita-siderita), zircão, rutilo, bearthita e fases hídricas (fengita e lawsonita em & lt9 GPa e o aluminossilicatos hidratados topázio-OH e fase de ovo em & gt10 GPa). As fases hidratadas desaparecem em

900 ° C e os carbonatos persistem até 1000-1100 ° C. Em temperaturas & gt1200 ° C, a assembléia mineral consiste em coesita ou estishovita, cianita e granada. A estabilidade do clinopiroxênio depende fortemente do teor de Na na mistura inicial, ele permanece na composição de brilho de Na até 1600 ° C a 12 GPa, mas não foi observado em experimentos de brilho K acima de 1200 ° C. A composição de fusão ou fluido muda gradualmente com o aumento da temperatura de rico em carbonato hidratado (& lt10% em peso de SiO 2) a 800-1000 ° C para líquidos de silicato ricos em voláteis (até 40% em peso de SiO 2) em altas temperaturas. Os elementos traço foram analisados ​​em fusões e fases cristalinas por LA ICP MS. Os coeficientes de partição granada-fundida e clinopiroxênio-fundido são, em geral, consistentes com os resultados da literatura para sistemas livres de voláteis e fundidos de silicocarbonato derivados da fusão de peridotitos carbonatados. A maioria dos oligoelementos são fortemente incompatíveis em cianita e polimorfos de sílica (D & lt 0,01), exceto para V, Cr e Ni, que são ligeiramente compatíveis em cianita (D & gt 1). Aragonita e carbonato de Fe-Mg têm coeficientes de partição REE muito diferentes (D Mst-Sd / L

1). Nb, Ta, Zr e Hf são fortemente incompatíveis em ambos os carbonatos. Os coeficientes de partição bearthite / derreter são muito altos para LREE (& gt10) e diminuem para

1 para HREE. Todos os HFSE são fortemente incompatíveis em bearthite. Em contraste, Ta, Nb, Zr e Hf são moderada a fortemente compatíveis nas fases ZrSiO 4 e TiO 2. Com base nos coeficientes de partição obtidos, foi calculada a composição de uma fase móvel derivada da fusão de sedimentos em zonas de subducção profundas. Esta fase é fortemente enriquecida em elementos incompatíveis e exibe uma anomalia Ta-Nb negativa pronunciada, mas nenhuma anomalia Zr-Hf. Embora todos os experimentos tenham sido conduzidos no campo de estabilidade de diamante, apenas grafite foi observada em experimentos de baixa temperatura. A nucleação espontânea do diamante e a transformação completa da grafite em diamante foram observadas em temperaturas acima de 1200-1300 ° C. Especulamos que o caráter observado da transformação de grafite-diamante é controlado por relações entre a cinética de dissolução de grafite metaestável e nucleação de diamante em um fundido de silicocarbonato hidratado que está supersaturado em C.


Derretimento Versus Sublimação

O dióxido de carbono em sua forma sólida é conhecido como “gelo seco” porque, em condições comuns, ele se sublima, transformando-se diretamente em gás, em vez de derreter em líquido. O ponto de congelamento (ou sublimação) do dióxido de carbono é -78,5 graus Celsius ou -109,2 graus Fahrenheit. A pressão atmosférica é muito importante para a mudança de fase do dióxido de carbono, no entanto. Acima de sua temperatura de ponto triplo, -56,6 graus Celsius ou -69,8 graus Fahrenheit, e sob pressões maiores que 5,11 atm, o dióxido de carbono derrete. (No ponto triplo, as substâncias existem em três fases - sólida, líquida e gasosa.) Fora das condições de laboratório - em pressões atmosféricas normais, mais baixas - o dióxido de carbono se sublima, não derrete, quando a temperatura aumenta.


Qual processo é oposto ao derretimento?

& ldquoEles crescem, se libertam do hospedeiro e caem no fundo da água para começar uma vida independente. & rdquo & ldquoO adesivo de força industrial fortalecerá a resistência à torção da escada. & rdquo

Qual é o oposto de dissolver?

condensar montar
Prosseguir integrar
casar resolver
solidificar não misturado
coloque junto retomar

Além disso, qual é o oposto do ponto de ebulição? A condensação é o oposto de ferver o que quer dizer que a substância muda de um gás para um líquido.

Também saber, o que é o oposto de evaporação?

O oposto de evaporação é a condensação. A condensação descreve a mudança de fase de gás para líquido. Evaporação ocorre quando as moléculas na superfície de um líquido entram na fase gasosa a uma temperatura abaixo do ponto de ebulição da substância.

Qual é o oposto de congelamento em química?

Sim, congelando é o oposto de derretimento. Mais especificamente, existe uma linha para a maioria das substâncias a uma determinada temperatura e pressão na qual ela derrete e congela mostrado em um diagrama de fase. Se você está no estado líquido e passando para o estado sólido, é congelando.


Congelando e derretendo

Congelamento é a mudança que ocorre quando um líquido se transforma em sólido conforme o temperatura diminui. O derretimento é a mudança oposta, de sólido para líquido à medida que a temperatura aumenta. Ambos são exemplos de mudanças nos estados da matéria das substâncias.

As substâncias congelam exatamente na mesma temperatura em que derretem. Como consequência, a temperatura na qual & # x2014 sob uma pressão especificada & # x2014 líquido e sólido existem em equilíbrio é definida como o ponto de fusão ou congelamento. Quando a pressão é de uma atmosfera, essa temperatura é conhecida como o ponto normal de congelamento (ou fusão). Uma mudança na pressão mudará a temperatura na qual ocorre a mudança no estado da matéria. Uma diminuição na pressão diminuirá a temperatura na qual isso ocorre e um aumento na pressão aumentará a temperatura necessária.

Em um nível fundamental, o congelamento e a fusão representam mudanças nos níveis de energia das moléculas da substância em consideração. O congelamento é uma mudança de um estado de alta energia para um de baixa energia; as moléculas se movem menos conforme sua temperatura cai. Eles se tornam mais ordenados e de forma fixa. Quando uma substância derrete, o nível médio de energia das moléculas constituintes aumenta. As moléculas estão se movendo mais rapidamente e de maneira menos ordenada em um líquido do que em um sólido. É essa maior liberdade de movimento que permite que um líquido flua para tocar as paredes de seu recipiente, enquanto um sólido é fixado em uma forma rígida. Essa consideração da energia das moléculas é conhecida como teoria molecular cinética.

A temperatura na qual as substâncias congelam e derretem é diferente para cada produto químico. A fórmula química de uma substância não é necessariamente um indicador verdadeiro de qual pode ser o ponto de congelamento ou fusão. Os isômeros de substâncias podem ter diferentes propriedades físicas, incluindo pontos de congelamento e fusão. Da mesma forma, a presença de ligações de hidrogênio e outras forças atrativas, como as forças de van der Waals, podem influenciar a ligação dentro da substância e, portanto, os pontos de congelamento e fusão. Se quaisquer forças intermoleculares estiverem presentes, mais energia deve ser adicionada ao sistema para mudar de sólido para líquido. Isso ocorre porque as ligações intermoleculares precisam ser superadas para permitir que as moléculas se movam mais livremente. Esta é uma mudança menor do que ocorre com a mudança de líquido para gasoso, porque as moléculas ainda estão se tocando tanto em líquidos quanto em sólidos.

A pureza do composto pode influenciar a temperatura na qual ocorre a mudança sólido-líquido. Por exemplo, adicionar cloreto de sódio (sal comum) ou outro sal para agua diminui o ponto de congelamento, razão pela qual o sal é colocado nas estradas para impedir que o gelo transborde. Uma substância pura tem um ponto de fusão ou congelamento definido; a adição de uma impureza abaixa essa temperatura, bem como a espalha de forma que haja um ponto de fusão ou congelamento menos definido e mais difuso. Isso significa que podemos usar o ponto de congelamento ou fusão como um indicador da pureza de uma substância. Quando um sólido é derretido por aquecimento ou um líquido congelado enquanto resfriado, a temperatura permanece constante. Assim, se um gráfico de temperatura for traçado em relação ao calor adicionado, uma saliência ou platô será vista que representa o ponto de congelamento ou fusão. Com uma substância impura, este ombro não será tão preciso. Um gráfico dessa natureza é conhecido como curva de aquecimento. A conversão entre sólido e líquido ocorre a uma temperatura constante.

Com a maioria das substâncias, o sólido é mais denso do que a fase líquida. Como resultado disso, ao congelar, o sólido irá afundar no líquido. A água não se comporta dessa maneira. Gelo é menos denso que a água e, conseqüentemente, o gelo flutuará na água. A água tem sua densidade máxima em 39 & # xB0 F (4 & # xB0 C). Isso é causado por ligações de hidrogênio, que na fase líquida não são ordenadas. Quando a água congela para formar gelo, as moléculas assumem um padrão aberto ordenado que permite a quantidade máxima de ligações de hidrogênio. Esta característica teve um efeito profundo na vida na Terra (por exemplo, permite lagos e riachos para congelar na superfície e fornecer isolamento para a vida sob o gelo durante os meses frios de inverno) e resulta em um agente ativo de mudança geológica. Porque a água se expande quando congela, é capaz de rachar Rocha o congelamento cíclico e recongelamento da água é um importante intemperismo agente.

Normalmente, quando falamos sobre uma substância ser sólida ou líquida, estamos nos referindo à sua aparência em temperatura e pressão padrão, esta é uma pressão de uma atmosfera e uma temperatura de 68 & # xB0 F (20 & # xB0 C). Se o ponto de fusão estiver abaixo dessa temperatura e o ponto de ebulição estiver acima dela, o produto químico é um líquido à temperatura e pressão padrão.

É possível resfriar um líquido abaixo de seu ponto de congelamento e ainda mantê-lo como um líquido. Isso é conhecido como um líquido super-resfriado. Isso representa um equilíbrio instável e com o tempo o líquido congela. É muito fácil superresfriar a água até 12 & # xB0 F (& # x2212 11,1 & # xB0 C) e ainda mantê-la líquida. O líquido super-resfriado não começará a congelar até que haja um ponto para o gelo começar a se formar. Pode ser um único pedaço de poeira, que atua como um ponto de nucleação para que o gelo comece a se formar. Água super-resfriada não é encontrada na natureza porque há muito material particulado na atmosfera. Se qualquer uma dessas partículas cair em um líquido super-resfriado, ela se transformará instantaneamente na forma sólida.

Alguns produtos químicos não têm um ponto em que mudam de sólido para líquido & # x2014 eles podem mudar diretamente de sólido para gás, uma propriedade chamada sublimação. Gelo seco, sólido dióxido de carbono , exibe isso. Assim como o derretimento e o congelamento, isso também acontece em uma temperatura específica.

Sólidos e líquidos são densamente compactados em nível molecular. Uma diferença em termos de moléculas é que, com um líquido, as moléculas são mais facilmente capazes de deslizar umas sobre as outras. É esta propriedade que torna mais fácil derramar um líquido. As moléculas em um líquido ainda estão tocando cada molécula adjacente (como fazem em um sólido), embora sejam menos seguras livremente.

Os compostos iônicos geralmente têm um ponto de fusão mais alto do que os compostos covalentes. Isso ocorre porque as forças intermoleculares em um composto iônico são muito mais fortes. Se a pressão é aumentada, as moléculas são forçadas a se aproximarem e isso significa que as forças intermoleculares estão mantendo as partículas mais próximas e mais firmemente, então uma temperatura mais alta é necessária para fazer o material derreter.

A fusão também é chamada de fusão, e a energia necessária para produzir essa mudança de estado é chamada de calor de fusão ou entalpia de fusão. Para que o gelo se transforme em água líquida, o calor de fusão é 6,01 kJ / mol. A fusão e a sublimação são processos endotérmicos e o congelamento é um processo exotérmico. Sempre que um material muda de um estado para outro, há uma mudança de energia dentro do sistema. Para a fusão, a ordem do sistema está diminuindo, então energia deve ser fornecida para aumentar a aleatoriedade das moléculas. Para congelar, as moléculas estão se tornando mais ordenadas, então a energia do sistema é perdida.

Congelamento e fusão são a mudança de estado de líquido para sólido e de sólido para líquido. Para qualquer produto químico puro, eles ocorrem em uma temperatura específica, que é a mesma para congelamento e derretimento.

Veja também Ligações químicas e propriedades físicas Elementos químicos Evaporação Falhas e fraturas Terrenos glaciais Glaciação Glaciares Vidro Elevação de gelo e calçamento de gelo.


Clima de aviação

Evaporação, condensação, sublimação, congelamento e derretimento são mudanças de estado. A evaporação é a transformação da água líquida em vapor de água invisível. A condensação é o processo inverso. Sublimação é a transformação do gelo diretamente em vapor d'água, ou do vapor d'água em gelo, contornando o estado líquido em cada processo. Os cristais de neve ou gelo resultam da sublimação do vapor d'água diretamente no estado sólido. Todos estamos familiarizados com os processos de congelamento e derretimento.

CALOR LATENTE

Qualquer mudança de estado envolve uma transação de calor sem mudança de temperatura. A Figura 35 mostra um diagrama das trocas de calor entre os diferentes estados. A evaporação requer energia térmica que vem da fonte de calor disponível mais próxima. Essa energia térmica é conhecida como “calor quolatente de vaporização”, e sua remoção resfria a fonte de onde vem. Um exemplo é o resfriamento do corpo por evaporação da transpiração.

F IGURA 35. Transações de calor quando a água muda de estado. As setas azuis indicam mudanças que absorvem calor. O calor absorvido permanece oculto, ou & ldquolatent & rdquo até que ocorra uma mudança reversa. As setas vermelhas mostram mudanças que liberam o calor latente de volta para o ambiente. A troca de calor ocorre sempre que a água muda de estado, mesmo quando não há mudança na temperatura. Essas trocas de calor desempenham papéis importantes na supressão das mudanças de temperatura e no desenvolvimento de instabilidade.

O que acontece com essa energia térmica usada pela evaporação? A energia não pode ser criada ou destruída, então ela é escondida ou armazenada no vapor d'água invisível. Quando o vapor d'água se condensa em água líquida ou se sublima diretamente em gelo, a energia originalmente usada na evaporação reaparece como calor e é liberada para a atmosfera. Essa energia é o “calor quolatente” e é bastante significativa, como aprenderemos nos capítulos posteriores. A fusão e o congelamento envolvem a troca de & ldquolatente calor de fusão & rdquo de maneira semelhante. O calor latente de fusão é muito menor do que o de condensação e evaporação, entretanto, cada um a sua maneira desempenha um papel importante no clima da aviação.

Conforme o ar fica saturado, o vapor de água começa a se condensar na superfície disponível mais próxima. Quais são as superfícies da atmosfera nas quais o vapor de água pode se condensar?

NÚCLEO DE CONDENSAÇÃO

A atmosfera nunca está completamente limpa, uma abundância de partículas sólidas microscópicas suspensas no ar são superfícies de condensação. Essas partículas, como sal, poeira e subprodutos da combustão, são & ldquocondensação núcleos. & Rdquo Alguns núcleos de condensação têm afinidade por água e podem induzir condensação ou sublimação mesmo quando o ar está quase, mas não completamente saturado.

Conforme o vapor de água se condensa ou sublima nos núcleos de condensação, partículas de líquido ou gelo começam a crescer. Se as partículas são líquidas ou de gelo não depende inteiramente da temperatura. A água líquida pode estar presente em temperaturas bem abaixo de zero.

ÁGUA SUPER-REFRIGERADA

O congelamento é complexo e as gotículas de água líquida geralmente condensam ou persistem em temperaturas mais frias que 0 ° C. As gotículas de água mais frias que 0 ° C são super-resfriadas. Quando atingem um objeto exposto, o impacto induz o congelamento. O congelamento por impacto da água super-resfriada pode resultar em congelamento da aeronave.

Gotas de água super-resfriadas muitas vezes estão em abundância nas nuvens em temperaturas entre 0 e graus C e menos 15 graus C com quantidades decrescentes em temperaturas mais frias. Normalmente, em temperaturas mais frias que & menos 15 & graus C, a sublimação é predominante e as nuvens e a névoa podem ser principalmente cristais de gelo com uma quantidade menor de água super-resfriada. However, strong vertical currents may carry supercooled water to great heights where temperatures are much colder than &minus15° C. Supercooled water has been observed at temperatures colder than &minus40° C.

DEW AND FROST

During clear nights with little or no wind, vegetation often cools by radiation to a temperature at or below the dew point of the adjacent air. Moisture then collects on the leaves just as it does on a pitcher of ice water in a warm room. Heavy dew often collects on grass and plants when none collects on pavements or large solid objects. These more massive objects absorb abundant heat during the day, lose it slowly during the night, and cool below the dew point only in rather extreme cases.

Frost forms in much the same way as dew. The difference is that the dew point of surrounding air must be colder than freezing. Water vapor then sublimates directly as ice crystals or frost rather than condensing as dew. Sometimes dew forms and later freezes however, frozen dew is easily distinguished from frost. Frozen dew is hard and transparent while frost is white and opaque.

To now, we have said little about clouds. What brings about the condensation or sublimation that results in cloud formation?


Show students what happens when dry ice is placed in water.

Place a piece of dry ice in water and then add a little dish detergent or show the video Dry Ice in Water.

Expected results

Bubbles will form and a misty white fog will be produced. Since the water is much warmer than the dry ice, energy is transferred from the water to the dry ice, causing it to change from a solid to a gas and bubble through the water. After detergent is added, a mound of bubbles will form.

Students will be curious about all of the fog coming out of the cup. Tell them that some water changes to water vapor within the bubbles of carbon dioxide gas and then condenses. This causes fog within the bubbles which escapes when the bubble pops.

You saw that the dry ice sublimates very quickly in water. What could you do to make dry ice sublimate even faster? There are several ways to make dry ice sublimate faster. One option is to put the dry ice in hot water.

Place a piece of dry ice in ¼ cup of cold water and another piece in ¼ cup of hot water. Or show the video Dry Ice in Hot and Cold Water.

Expected results:

Much more fog will be produced from the cup with hot water.

Tell students that more fog is produced when dry ice is placed in hot water because the transfer of energy and sublimation happens faster. This causes the fog to be produced at a faster rate.


Assista o vídeo: Filme termo encolhivel Shirink caneca 1 litro Forno Livesub (Outubro 2021).