Porque a temperatura permanece constante nas mudanças de estado físico das substâncias?

As mudanças de estado físico incluem fusão, vaporização, solidificação, liquefação ou condensação e sublimação.

Porque a temperatura permanece constante nas mudanças de estado físico das substâncias?
As mudanças de estado físico da água alteram a organização de suas moléculas

Conforme explanado no texto Estados Físicos da Matéria, os três estados físicos ou de agregação básicos da matéria são sólido, líquido e gasoso. Eles diferenciam-se exatamente pela organização das suas partículas constituintes, ou seja, por sua agregação, se estão próximas ou afastadas umas das outras.

No estado sólido, as partículas encontram-se mais juntas; no estado líquido, possuem maior liberdade de movimentação; e, no estado gasoso, estão bem afastadas umas das outras. Todas as substâncias podem ser encontradas nesses três estados físicos, a depender apenas de duas grandezas: a temperatura e a pressão. Alterando essas duas grandezas, podemos mudar o estado de agregação das substâncias.

A temperatura e a pressão atuam de formas contrárias, enquanto o aumento da temperatura faz com que as moléculas afastem-se, o aumento da pressão faz com que elas fiquem mais próximas umas das outras.

Um exemplo é a solubilidade do gás dióxido de carbono usado nos refrigerantes. No momento da fabricação, uma pressão muito grande e temperaturas baixas são aplicadas para que o gás passe para o estado líquido, solubilizando-se. Quando abrimos a tampa do refrigerante, o gás sai mais rapidamente porque diminuímos a pressão. Além disso, quanto maior estiver a temperatura, também maior será a velocidade de saída do gás.

Mas considerando a pressão atmosférica normal, que é ao nível do mar e igual a 1 atm ou 760 mmHg, para mudarmos os estados físicos das substâncias, é preciso haver apenas um aumento ou diminuição da temperatura.

Considere um cubo de gelo a -20 ºC sob pressão de 1 atm, por exemplo. As suas moléculas estão bem unidas e é por isso que sua estrutura é rígida, apresentando volume e formato definidos. Mas se quisermos passar esse gelo para o estado líquido, é necessário que suas moléculas separem-se mais. Para tal, é preciso introduzir energia ao sistema, de modo que ela possa “vencer” as forças intermoleculares existentes entre as moléculas de água, que estão unidas por ligações de hidrogênio, que são bastante intensas.

Porque a temperatura permanece constante nas mudanças de estado físico das substâncias?

Estrutura das moléculas de gelo

Se aquecermos o sistema, a temperatura aumentará gradativamente até atingir o ponto de fusão ou temperatura de fusão. A palavra fusão corresponde à mudança do estado sólido para o líquido, que, no caso da água, ocorre em 0ºC ao nível do mar. Nesse momento, a temperatura permanecerá constante até que todo o gelo passe para o estado líquido, ou seja, vão coexistir os estados sólido e líquido.

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Moléculas de água no estado líquido

Quando tudo tiver passado para o estado líquido, a temperatura continuará aumentando e as moléculas separar-se-ão cada vez mais até atingir o ponto de ebulição. A ebulição é a passagem do estado líquido para o gasoso (ou vapor, no caso da água), de modo uniforme, quando se aumenta a temperatura. Mas existem ainda mais outras duas formas de passagem do estado líquido para o gasoso, que são a evaporação e a calefação. Veja a seguir a diferença entre as mudanças de estado chamadas de vaporização, evaporação, ebulição e calefação:

Porque a temperatura permanece constante nas mudanças de estado físico das substâncias?

Tipos de vaporização: evaporação, ebulição e calefação

O ponto de ebulição da água ao nível do mar é 100ºC, e a temperatura permanece constante até que todo o líquido passe para o estado de vapor. Posteriormente, a temperatura do vapor continuará subindo, indo para 101ºC, 102ºC, 103ºC e assim sucessivamente.

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Moléculas de água no estado de vapor

O processo inverso ocorre pela diminuição da temperatura do sistema. Quando diminuímos a temperatura, o vapor de água, quando atinge 100ºC, começa a passar para o estado líquido. Essa mudança de estado é chamada de liquefação ou condensação. É o que ocorre, por exemplo, quando as nuvens condensam-se e formam a chuva.

Diminuindo ainda mais a temperatura do líquido, ele atinge 0ºC e começa a passar para o estado sólido. Essa mudança do estado líquido para o sólido é denominada solidificação.

Existe ainda outra mudança de estado físico, que é a sublimação. Ela ocorre quando a substância passa diretamente do estado sólido para o estado gasoso ou vice-versa. Esse fenômeno ocorre com o gelo-seco e com a naftalina, por exemplo.

Resumidamente, temos as seguintes cinco mudanças de estado físico:

Porque a temperatura permanece constante nas mudanças de estado físico das substâncias?

Esquema de mudanças de estados físicos

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Por Jennifer Rocha Vargas Fogaça

Por que a temperatura permanece constante nas mudanças de estado físico das substâncias?

Quando se fornece calor, os átomos e moléculas tendem a vibrar com maior intensidade, aumentando a temperatura, que é uma medida da energia cinética média das partículas. Durante o processo de fusão ou vaporização, a temperatura permanece constante, mas o arranjo dos átomos e moléculas é modificado.

Porque a temperatura de fusão permanece constante?

Isso porque no processo de ebulição, quanto menor é a pressão, menor é o seu ponto de ebulição. Assim, quanto mais baixa for a pressão do sistema, menor será o ponto de ebulição e vice-versa. Diante de pressão uniforme e constante a temperatura durante todo o processo da substância líquida também permanece constante.

O que acontece com a temperatura durante a mudança de estado físico de uma substância?

Durante a mudança de estado físico, não ocorre aumento na temperatura, pois a energia está sendo utilizada para que os grupamentos atômicos desprendam-se uns dos outros e, assim, a substância passe para o estado gasoso.

Por que a temperatura não se altera quando é atingida a ebulição?

Mesmo com o contínuo aquecimento da água, durante o processo de ebulição ela não muda de temperatura. A energia recebida serve apenas para promover a agitação e o afastamento das suas partículas. A água é uma substância pura que apresenta ponto de ebulição em 100º C, ao nível do mar (1 atm ou 760 mmHg).