Solidificação e Fusão

 

Solidificação e Fusão
Quando um objeto se derrete, a temperatura permanece constante

O que faz o gelo derreter?

Suponha que você segure um cubo de gelo em sua mão. Ela sente frio, porque a energia do calor deixa sua mão e entra no cubo de gelo.

O que acontece com o cubo de gelo?

Ele derrete.

No entanto, a temperatura durante uma mudança de fase permanece constante. Assim, o calor que está sendo perdido por um lado não aumenta a temperatura do gelo acima da sua temperatura de fusão de 0 ° C. Em vez disso, todo o calor vai para a mudança de estado. A energia é absorvida durante o processo de mudança do gelo na água. A água que é também produzida permanece a 0 ° C até todo o gelo é derretido.

Calores de fusão e solidificação

Todos os sólidos absorvem o calor à medida que se tornam líquidos a derretem. O ganho de calor no presente processo endotérmico vai para alterando o estado em vez de alterar a temperatura.

O calor molar de fusão (Hfus) de uma substância é o calor absorvido por uma mole de essa substância, uma vez que é convertido de um sólido para um líquido. Uma vez que a fusão de qualquer substância absorve calor, segue-se que o congelamento de qualquer substância libera calor. O calor molar de solidificação (é o calor libertado por uma mole de uma substância como ele é convertido a partir de um líquido para um sólido. Uma vez que a Hsólido) de uma substância fusão e a solidificação de uma dada substância são os processos exatos opostos, o valor numérico do calor molar de fusão é o mesmo que o valor numérico do calor molar de solidificaçãomas de sinal oposto.

Em outras palavras, Hfus = -?Hsólido.

Solidificação e Fusão – O que é

Solidificação e Fusão

Em física e química, a congelação é o processo pelo qual um líquido transforma-se num sólido. O ponto de congelação é a temperatura à qual isto acontece.

Ne fusão, o processo de transformação de um sólido para um líquido, é o oposto do congelamento.

Para a maioria das substâncias, os pontos de fusão e de congelação são iguais.

A substância pura irá congelar a uma temperatura igual a seu ponto de fusão Por exemplo água se transforma em gelo a O graus celcius

Congelação, ou solidificação, é uma fase de transição em que um líquido transforma-se num sólido quando a sua temperatura é reduzida abaixo do seu ponto de congelação

A quantidade de calor absorvida por um sólido de fusão é exatamente a mesma que a quantidade de calor perdido quando os líquidos solidificam.

Solidificação e Fusão – Estado da Matéria

Mudanças do Estado Físico da Matéria

Com o aumento do calor, os corpos tendem a mudar seu estado físico: alguns sólidos transformam-se em líquidos (liquefação), líquidos se transformam em gases (gaseificação) e há sólidos que se transformam diretamente em gases (sublimação). Isso se deve ao fato de que o calor faz com que haja maior espaço entre as moléculas e estas, separando-se, mudam o estado físico da matéria. No gelo, as moléculas vibram pouco e estão bem juntas. Com o calor, elas adquirem velocidade e maior espaçamento, transformando um sólido (gelo) em líquido (água).

Mudanças do Estado Químico da Matéria

Mudança química é aquela em que ocorre a transformação de uma substância em outra. A madeira, quando aquecida, não libera moléculas de madeira em forma de gases, e sim outros gases, diferentes, em sua composição, das moléculas originais da madeira. Essas moléculas são menores e mais simples, por isso têm grande capacidade de se combinar com outras moléculas (por exemplo as de oxigênio). Podem também ser produzidos outros gases venenosos ou até explosões.

Estado da Matéria

A matéria pode existir em três formas

Gás, líquido ou sólido.

No gás, as moléculas se movem livremente em linha reta, chocando-se umas com as outras e contra as paredes do recipiente. No líquido, as moléculas ficam muito próximas uma da outra, porém podem mover-se com certa facilidade, como um menino que avança numa multidão. No sólido, cada molécula tem uma posição fixa em tôrno da qual pode apenas vibrar, isto é, mover-se muito puco para um lado e para outro. Neste capítulo você aprenderá sôbre a quantidade de calor necessária para derreter um sólido como o gêlo e sôbre o calor libertado quando um líquido congela.

O gêlo funde e a água solidifica à mesma temperatura

Se você pudesse ver as moléculas de um pedaço de gêlo que foi respriado até próximo do zero absoluto, você verificaria que elas se agitam muito pouco. Se a temperatura do gêlo fôsse aumentada gradativamente, suas moléculas vibrariam cada vez mais vigorosamente, deslocando-se de distâncias maiores para um lado e para o outro. Suas energias cinéticas aumentariam à medida que o gêlo absorvesse calor. Quando a temperatura chegasse a 0ºC, algo diferente ocorreria. As moléculas vibrariam tão vigorosamente que venceriam as fôrças que as prendem às moléculas vizinhas e começariam a perambular por entre as outras. Em outras palavras, o gêlo se fundiria. Imagine, agora, o que acontece quando você esfria cada vez mais um pouco de água. As moléculas se movem cada vez mais vagarosamente e sua energia decresce. Quando a temperatura atinge 0ºC elas perambulam tão vagarosamente que se podem prender umas as outras para formar um sólido. Em outras palavras, a água se solidifica gradualmente. Após a solidificação de tôda a água, as moléculas, que agora podem apenas vibrar, passam a mover-se mais lentamente à medida que a temperatura decresce. No zero absoluto de temperatura elas vibrariam muito pouco.

Enquanto a água está congelando ou o gêlo fundido, sua temperatura permanece no 0ºC. Tôdas as substâncias que são formadas de cristais se comportam como gêlo. À medida que suas temperaturas são elevadas suas moléculas vibram mais violentamente até que, à certa temperatura, elas escapam dos seus cristais e a substância se funde. Tôda substância cristalina funde-se e solidifica-se a uma temperatura definida.

Os plásticos não têm temperaturas definidas de fusão

Você provàvelmente se recorda de que os plásticos, como a borracha, cêra, parafina e manteiga amolecem gradualmente quando são aquecidos, e por êles podem ser moldados. Nos plásticos, algumas moléculas são prêsas mais fortemente às suas vizinhas do que outras. Os plásticos não têm pontos de fusão definidos. Assim, a manteiga se funde entre 33ºC e 39ºC.

A água se dilata quando congela

As substâncias, em sua maioria, se contraem quando solidificam, mas a água expande-se. Se você coloca uma garrafa de leite no congelador de modo que o leite solidifique, seu volume aumenta de 10 por cento (Fig. 17-1). Nos lugares muito frios, a água pode-se congelar no inverso, no radiador dos automóveis e arrebentar os canos. O mesmo pode acontecer nos encanamentos das casas. O congelamento da água fas a água dilatar-se e arrebentar os canos.

O leite ao congelar-se dilata-se de cêrca de 10 por cento.

Conseqüências práticas da expansão do gêlo e de outras substâncias

É muito desagradável encontrar-se o carro numa manhã de inverno com o radiador congelado e danificado, num lugar muito frio. Isso pode ser evitado colocando na água substâncias que só a deixam congelar a temperaturas muito abaixo de 0ºC. A expansão da água ao congelar-se pode -ser, porém, muito útil.

Ela auxilia os agricultores nas regiões muito frias; isso porque a água, ao congelar-se nas rachaduras extremamente finas das rochas, as fragmenta, contribuindo para a formação de solo arável. Outro efeito é ainda mais importante. Se a água se contraísse ao solidificar, o gêlo formado na superfície dos lagos no inverno rigoroso seria mais denso que a água e iria para o fundo (Fig. 17-2). No verão seguinte o gêlo, no fundo, ficaria isolado pela água acima dêle e não fundiria. Ano após ano, mais gêlo se acumularia até que o lago todo se congelasse. O mesmo acontecendo nos mares, a maior parte da água se congelaria com perigo para a sobrevivência dos sêres vivos.

(A) O gêlo flutua porque é menos denso que a água.

(B) Cêrca de nove décimos de um “iceberg” estão submersos.

Além da água, o antimônio e outras poucas substâncias dilatam-se ao solidificarem. Tipos metálicos para impressão contêm antimônio para se dilatarem e compensar a contração dos outros metais, de modo que o tipo pode ser feito derramando o metal líquido em moldes. A maioria das substâncias se contrai na solidificação (Fig. 17-3). As moedas devem ser cunhadas em moldes por compressão. Se elas fôssem feitas em moldes fixos, o metal se contrairia quando solidificado e não encheria completamente o molde, ficando com uma das faces imperfeita.

A parafina se contrai quando solidifica

Como medimos o Calor

Como medimos o Calor

Calor e temperatura

Você deve distinguir cuidadosamente calor de temperatura. Quantidade de calor é a energia cinética total das moléculas de um corpo, devida a seus movimentos irregulares. O calor flui dos corpos de maior temperatura para os de menor temperatura. Como você aprendeu no Capítulo 13 a diferença de temperaturas faz o calor fluir. Neste capítulo você aprenderá a medir calor.

Como medir quantidades de calor?

Tudo que, vive, desde os micróbios e insetos, até os elefantes, está continuamente usando energia. Quando você está repousando, você necessita de pouca energia alimentar. Quando você cava um buraco ou joga futebol, você necessita mais. A energia utilizada para realizar êsses trabalhos provém dos alimentos que você ingere.

Muitas pessoas em partes do Brasil, como da América Latina, África e Ásia, não são tão bem alimentadas quanto os norte-americanos e os europeus: têm fome.

Usamos energia térmica para cozinhar os alimentos, para mover os trens e navios e para fazer funcionar máquinas de certas fábricas. Se em sua casa se usa carvão ou lenha para cozinhar, sua mãe se preocupa com que deixe pouco resíduo e produza pouca fumaça. Acima de tudo ela se interessa pela energia calorífíca, que é produzida.

Como o calor é energia, nós poderíamos medir quantidades de caIor em quilogrâmetros. Em geral, usamos a caloria.

Caloria

Suponha que você deseje medir a quantidade de calor fornecida por um forno quando se queima uma certa quantidade de gás. Primeiro, imagine que você coloque nêle 1 quilograma de água em uma panela e meça o número de litros de gás necessários para aquecer a água de 10 graus centígrados. Se você repetisse a experiência, usando, porém, o dôbro dessa quantidade de água, você teria que queimar uma quantidade de gás duas vêzes maior e, portanto, produzir o dôbro da quantidade de calor do primeiro caso. O calor fornecido é diretamente proporcional ao pêso da água que você aquece. Se você aquecesse o quilograma de água a 20ºC em vez de 10ºC, você também necessitaria do dôbro da quantidade de calor. O calor necessário depende, portanto, do pêso da água e da elevação de sua temperatura.

Uma caloria (cal.) é a quantidade de calor necessária para elevar de 1 grau centígrado a temperatura de 1 grama de água. Cinqüenta calorias elevarão de 5ºC a temperatura de 10 gramas de água.

Essa unidade é também chamada de pequena caloria. Biologistas e nutricionistas usam a grande caloria, ou Quilocaloria (cal.). Uma quilocaioria é igual a 1000 pequenas calorias.

Os Inglêses e norte-americanos usam a unidade térmica britânica, a British thermal unit, abreviada Btu: é a quantidade de caIor necessária para elevar de 1 grau Farenheit a temperatiira de 1 libra de água.

Calor e temperatura

A temperatura do ferro fundido nesse enorme caldeirão e a temperatura do ferro fundido que acaba de ser colocado nos pequenos moldes são iguais. Por que, então, êles não contêm a mesma quantidade de calor? Pode você citar duas razões que dão conta do fato de conter o caldeirão maior quantidade de calor?

Fonte: www.ck12.org/www4.prossiga.br