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 0oC e ponto de ebulição igual a 100oC sob 1 atm. Qual é o estado físico da água a:

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

RESOLUÇÃO

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

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

c) Os 180oC são maiores que 0oC e maiores que 100oC, portanto, a 180oC 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 0oC, pois:

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

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

HF: o ponto de fusão é igual a -83,40 oC e isso significa que à temperaturas abaixo de -83,40oC 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 19,50oC e isso quer dizer que ao se atingir a temperatura de 19,50oC esta substância começa a passar do estado líquido para o estado gasoso. Como -83,40oC é menor que 0oC e 0oC é menor que 19,50oC isso significa que a 0oC 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 -85,10oC e isso quer dizer que ao se atingir a temperatura de -85,10oC esta substância começa a passar do estado líquido para o estado gasoso. Como -114,20 oC é menor que 0oC e 0oC é maior que -85,10oC isso significa que a 0oC 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 3000,00oC e isso quer dizer que ao se atingir a temperatura de 3000,00oC esta substância começa a passar do estado líquido para o estado gasoso. Como 0oC é menor que 1535oC e estas temperaturas são menores que 3000oC isso significa que a 0oC 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 356,66oC e isso quer dizer que ao se atingir a temperatura de 356,66oC esta substância começa a passar do estado líquido para o estado gasoso. Como 0oC é maior que -38,89oC porém menor que 356,66oC isso significa que a 0oC esta substância encontra-se no estado líquido.

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

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