COMO DETERMINAR O ESTADO FÍSICO DE UMA SUBSTÂNCIA A UMA DADA TEMPERATURA?

O estado físico de uma substância é definido pela temperatura e pressão em que esta substância encontra-se submetida. No entanto, além da temperatura e da pressão, o estado físico de uma substância depende ainda das forças atractivas entre as partículas que constituem essa substância.

COMO DETERMINAR O ESTADO FÍSICO DE UMA SUBSTÂNCIA?

Para que possamos determinar o estado físico de uma substância a uma dada temperatura é importante termos uma noção acerca de duas propriedades importantes, o ponto de fusão e o ponto de ebulição. Os pontos de fusão e de ebulição são exemplos de propriedades específicas que são muito usadas na identificação de uma substância.

DEFINIÇÕES

Ponto de fusão (P.F) é a temperatura na qual uma substância passa do estado sólido para o estado líquido.

Ponto de ebulição (P.E) é a temperatura na qual uma substância passa do estado líquido para o estado de vapor (estado gasoso).

PONTOS DE FUSÃO E EBULIÇÃO vs ESTADO FÍSICO DA SUBSTÂNCIA

Com base nas definições acima podemos perceber claramente que a temperaturas abaixo do ponto de fusão a substância sempre irá se encontrar no estado sólido. Isso é lógico já que quando se atinge a temperatura de fusão (ponto de fusão) essa substância começa a passar do estado sólido para o estado líquido. E enquanto ocorre esta mudança de estado físico (sólido para líquido) a temperatura permanece constante tal como foi explicado quando falámos dos Diagramas de mudança de estado físico.

Por outro lado, a temperaturas acima do ponto de fusão a substância poderá encontrar-se no líquido ou gasoso.

Ainda assim, a temperaturas abaixo do ponto de ebulição a substância poderá se encontrar no estado líquido ou sólido, porém, a temperaturas acima do ponto de ebulição a substância estará sempre no estado de vapor (estado gasoso).

Observemos o esquema abaixo:

Com este esquema podemos ver que abaixo do ponto de fusão (P.F) a substância estará no estado sólido. Entre o ponto de fusão (P.F) e o ponto de ebulição (P.E) a substância estará no estado líquido e acima ponto de ebulição (P.E) estará no estado de vapor (estado gasoso).

Perceba que a substância se encontrará no estado líquido a temperaturas maiores que o ponto de fusão, porém, menores que o ponto de ebulição. Com isso, conseguimos perceber o porquê de anteriormente termos dito que “a temperaturas acima do ponto de fusão a substância poderá encontrar-se no tanto líquido ou gasoso” o que é lógico pois se uma dada temperatura é maior que o ponto de fusão mas menor que ponto de ebulição, a substância obrigatoriamente estará no estado líquido, no entanto, se essa dada temperatura for maior que o ponto de fusão e ebulição simultaneamente, significa que a substância estará no estado de vapor (estado gasoso).

Do mesmo modo, se uma dada temperatura for menor que o ponto de ebulição, porém, maior que ponto de fusão, a substância estará no estado líquido. Contrariamente, se essa dada temperatura for menor que o ponto de fusão e ebulição ao mesmo tempo, então a substância estará no estado sólido.

EXEMPLO

Sabe-se que a água pura tem ponto de fusão igual a 0^oC e ponto de ebulição igual a 100^oC sob 1 atm. Qual é o estado físico da água a:

a) – 5^oC                b) 15^oC              c) 180^oC

RESOLUÇÃO

a) Dado que a água pura tem ponto de fusão igual a 0^oC isso significa que a temperaturas abaixo de 0^oC ela encontra-se no estado sólido, pois –5^oC é menor que 0^oC.

b) Os 15^oC estão entre o P.F e P.E da água, ou seja, 15^oC é maior que o ponto de fusão da água (0^oC), porém, é menor que o ponto de ebulição da água (100^oC): 0^oC < 15^oC < 100^oC. E assim conclui-se que a 15^oC a água encontra-se no estado líquido.

c) Os 180^oC são maiores que 0^oC e maiores que 100^oC, portanto, a 180^oC a água encontra-se no estado de vapor (gasoso).

Em suma podemos ter o seguinte esquema.

A seguir vejamos um exercício resolvido de forma detalhada:

EXERCÍCIO RESOLVIDO

(UP 2016) A seguinte tabela mostra algumas propriedades físicas de algumas substâncias.

Substância	P.F (oC)	P.E  (oC)	Solubilidade
HF	– 83,40	19,50	Solúvel
HCl	– 114,20	– 85,10	Solúvel
Fe	1535,00	3000,00	Insolúvel
Hg	– 38,89	356,66	Insolúvel
CH3CH2OH	– 117,3	78,50	Solúvel

 

A partir delas podemos concluir que a temperatura de 273 K:

A. O HF e o HCl são gasosos, o Fe e o Hg são sólidos e CH₃CH₂OH é líquido;

B. O HF é líquido, o HCl é gasoso, o Fe e o Hg são sólidos e CH₃CH₂OH é líquido;

C. O HF é líquido, o HCl é gasoso, o Fe é sólido, o Hg e o CH₃CH₂OH são líquidos;

D. O HF é líquido, o HCl é gasoso, o Fe é sólido, o Hg é líquido e o CH₃CH₂OH é gasoso.

RESOLUÇÃO

Neste caso temos que converter a temperatura dada em Kelvin (K) para Celsius (^oC). A temperatura de 273 K equivale a 0^oC, pois:

T(K) = T(^oC) + 273 ⇒ 273 = T(^oC) + 273 ⇒ T(^oC) = 0^oC

O que pretendemos saber é o seguinte: qual é o estado físico de cada substância exactamente a 0^oC?

HF: o ponto de fusão é igual a -83,40 ^oC e isso significa que à temperaturas abaixo de -83,40^oC esta substância encontra-se no estado sólido. Deste modo a partir de -83,40 ^oC o HF começa a passar do estado sólido para o estado líquido. Por outro lado, a temperatura de ebulição de HF é de 19,50^oC e isso quer dizer que ao se atingir a temperatura de 19,50^oC esta substância começa a passar do estado líquido para o estado gasoso. Como -83,40^oC é menor que 0^oC e 0^oC é menor que 19,50^oC isso significa que a 0^oC esta substância encontra-se no estado líquido.

HCl: o ponto de fusão é igual a -114,20 ^oC e isso significa que à temperaturas abaixo de -114,20 ^oC esta substância encontra-se no estado sólido. Deste modo a partir de -114,20 ^oC o HCl começa a passar do estado sólido para o estado líquido. Por outro lado, a temperatura de ebulição de HCl é de -85,10^oC e isso quer dizer que ao se atingir a temperatura de -85,10^oC esta substância começa a passar do estado líquido para o estado gasoso. Como -114,20 ^oC é menor que 0^oC e 0^oC é maior que -85,10^oC isso significa que a 0^oC esta substância encontra-se no estado gasoso.

Fe: o ponto de fusão é igual a 1535,00 ^oC e isso significa que à temperaturas abaixo de 1535,00 ^oC esta substância encontra-se no estado sólido. Deste modo a partir de 1535,00 ^oC o Fe começa a passar do estado sólido para o estado líquido. Por outro lado, a temperatura de ebulição de Fe é de 3000,00^oC e isso quer dizer que ao se atingir a temperatura de 3000,00^oC esta substância começa a passar do estado líquido para o estado gasoso. Como 0^oC é menor que 1535^oC e estas temperaturas são menores que 3000^oC isso significa que a 0^oC esta substância encontra-se no estado sólido.

Hg: o ponto de fusão é igual a -38,89 ^oC e isso significa que à temperaturas abaixo de -38,89 ^oC esta substância encontra-se no estado sólido. Deste modo a partir de -38,89 ^oC o Hg começa a passar do estado sólido para o estado líquido. Por outro lado, a temperatura de ebulição de Hg é de 356,66^oC e isso quer dizer que ao se atingir a temperatura de 356,66^oC esta substância começa a passar do estado líquido para o estado gasoso. Como 0^oC é maior que -38,89^oC porém menor que 356,66^oC isso significa que a 0^oC esta substância encontra-se no estado líquido.

CH₃CH₂OH: o ponto de fusão é igual a -117,3^oC e isso significa que à temperaturas abaixo de -117,3^oC esta substância encontra-se no estado sólido. Deste modo a partir de --117,3^oC o CH₃CH₂OH começa a passar do estado sólido para o estado líquido. Por outro lado, a temperatura de ebulição de CH₃CH₂OH é de 78,50^oC e isso quer dizer que ao se atingir a temperatura de 78,50^oC esta substância começa a passar do estado líquido para o estado gasoso. Como -117,3^oC é menor que 0^oC e 0^oC é menor que 19,50^oC isso significa que a 0^oC esta substância encontra-se no estado líquido.

Assim temos: HF – estado líquido; HCl – estado gasoso; Fe – estado sólido, Hg – estado líquido e CH₃CH₂OH – estado líquido.

Resposta: alternativa: C

Por: Miguel Pascoal

 full-width