Sabendo que a temperatura de fusão do ferro a 1 atm

Rosimar Gouveia

Professora de Matemática e Física

O ponto de fusão e o ponto de ebulição representam a temperatura que uma substância muda de estado, em uma dada pressão.

No caso do ponto de fusão, a substância muda do estado sólido para o estado líquido. Já o ponto de ebulição refere-se a mudança do estado líquido para o estado gasoso.

Por exemplo, o gelo começa a se transformar em água na forma líquida, quando sua temperatura é igual a 0 ºC . Logo, o ponto de fusão da água é 0 ºC (sob pressão de 1 atmosfera).

Para passar de líquida para vapor, a água deve atingir a temperatura de 100 ºC. Assim, o ponto de ebulição da água é 100 ºC (sob pressão de 1 atmosfera).

Ponto de Fusão

Quando uma substância no estado sólido recebe calor, ocorre um aumento no grau de agitação de suas moléculas. Consequentemente sua temperatura também aumenta.

Ao atingir uma determinada temperatura (ponto de fusão), a agitação das moléculas é tal que rompe as ligações internas entre os átomos e moléculas.

Nesse ponto, a substância começa a mudar seu estado e passará para o estado líquido se continuar recebendo calor.

Durante a fusão sua temperatura se mantém constante, pois o calor recebido é usado unicamente para a mudança de estado.

O calor por unidade de massa necessário para mudar de fase é chamado de calor latente de fusão (Lf) e é uma característica da substância.

Tabela do ponto de fusão e calor latente

Na tabela abaixo indicamos a temperatura do ponto de fusão e o calor latente de algumas substâncias à pressão atmosférica.

Ponto de Ebulição

A ebulição é caracterizada pela passagem rápida do estado líquido para o gasoso, com a formação de vapores (bolhas) no interior do líquido.

Da mesma forma que ocorre na fusão, existe uma temperatura (ponto de ebulição) em que uma determinada substância passa do estado líquido para o estado gasoso.

Para que isso ocorra é necessário que a substância receba calor. Durante toda a mudança de fase, a temperatura permanece constante.

O calor latente de vaporização (Lv) é a quantidade de calor por unidade de massa, necessária para uma substância mudar de fase.

Tabela do ponto de ebulição e calor latente

Na tabela abaixo, indicamos a temperatura do ponto de ebulição e o calor latente de vaporização de algumas substâncias à pressão atmosférica.

Interferência da pressão

A temperatura do ponto de fusão e do ponto de ebulição depende da pressão exercida sobre a substância.

De uma maneira geral, as substâncias aumentam de volume quando sofrem fusão. Este fato faz com que quanto maior a pressão, maior deverá ser a temperatura para que a substância mude de fase.

A exceção ocorre com algumas substâncias, entre elas a água, que diminui seu volume quando sofrem fusão. Neste caso, uma maior pressão irá diminuir o ponto de fusão.

Uma diminuição na pressão faz com que o ponto de ebulição de uma determinada substância seja menor, ou seja, a substância irá ferver em uma menor temperatura.

Por exemplo, em lugares acima do nível do mar a água ferve com temperaturas menores que 100 ºC. Com isso, nesses lugares demora-se muito mais para cozinhar do que em lugares ao nível do mar.

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Calor latente é a quantidade de energia térmica que é absorvida ou cedida por um corpo ou sistema termodinâmico, durante uma mudança de seu estado físico, em temperatura constante.

Quando uma substância pura atinge sua temperatura de fusão ou ebulição, durante o seu aquecimento, seu estado físico começa a mudar. Nesse processo, ela continua a absorver calor, no entanto, sua temperatura permanece constante. Isso acontece, pois, ao atingir essas temperaturas, nas quais ocorrem mudanças de estado físico, todo o calor que está sendo absorvido pelo sistema termodinâmico é utilizado para vencer a energia potencial que mantém as suas moléculas agregadas. A partir do instante que o sistema termodinâmico absorve toda a energia necessária para desagregar suas moléculas, a interação entre elas diminui, indicando que o seu estado de agregação mudou. Após a mudança de estado físico, o calor que era absorvido isotermicamente continua a ser absorvido pelas moléculas, fornecendo-lhes energia cinética. Esse tipo de calor que aumenta a energia cinética das moléculas é chamado de calor sensível.

Veja também: Sete dicas de “ouro” para um estudo da Física mais efetivo

O calor latente mede a quantidade de calor, por unidade de massa, necessária para que ocorra alguma mudança de estado físico do corpo, por isso, a sua unidade de medida, de acordo com o Sistema Internacional (SI), é o Joule por quilograma (J/kg). No entanto, o uso de outras unidades, como a caloria por grama (cal/g), é bastante comum no estudo da calorimetria.

Tipos de calor latente

Existem dois tipos de calor: o calor sensível e o calor latente. O calor sensível é aquele que é transferido entre os corpos quando há mudanças de temperatura. O calor latente, por sua vez, ocorre quando há transferências de calor, sem que haja mudanças de temperatura.

O calor latente é altera-se para as diferentes mudanças de estado físico. Confira os diferentes tipos de calor latente:

• Calor latente de fusão (LF): é o calor que é absorvido ou cedido pelos corpos durante o processo de fusão: do líquido para o sólido e vice-versa, com temperatura constante.

• Calor latente de vaporização (LV): é aquele que é transferido durante as transformações sólido-líquido ou líquido-sólido, em temperatura constante.

Veja também: O que é capacidade térmica?

Exemplos de calor latente

Confira algumas situações cotidianas em que há trocas de calor latente:

• Quando aquecemos a água, até a temperatura de 100 ºC, ela inicia o processo de evaporação. Enquanto toda a água não se tornar vapor, sua temperatura não muda.

• Quando jogamos água sobre uma superfície muito quente, toda a água vaporiza-se quase instantaneamente. Esse processo é chamado de calefação e envolve a absorção de calor latente.

• Há troca de calor latente quando tocamos uma garrafa de refrigerante em baixas temperaturas e todo o seu conteúdo congela-se rapidamente em temperatura constante, graças à sua temperatura mais baixa que o ponto de fusão da água.

Fórmula de calor latente

O calor latente é calculado pela razão da quantidade de calor transferida na transformação isotérmica:

Q – quantidade de calor transferido

m – massa do corpo

L – calor latente

Mudanças de fases e calor latente

As mudanças de fases em substâncias puras ocorrem em temperatura constante, mediante a absorção ou liberação de calor latente. Todas as substâncias puras apresentam uma curva de aquecimento parecida com a da figura abaixo:

As curvas de aquecimento relacionam a temperatura (eixo y) com a quantidade de calor cedida ou recebida (eixo x). Nas mudanças de fase (processos II e IV), a temperatura permanece constante, embora ainda haja trocas de calor.

Veja também: Fundamentos da calorimetria

Tabela de calor latente

Nas condições normais de temperatura e pressão, o calor latente da água, para suas diferentes mudanças de estado físico, é mostrado na tabela abaixo:
 

De acordo com a tabela mostrada acima, são necessárias 80 calorias para congelarmos 1 grama de água que se encontre na temperatura de fusão (0 ºC). Os sinais negativos nos processos de solidificação e condensação indicam que neles houve liberação de calor, portanto, essas duas transformações são exotérmicas. A tabela abaixo apresenta o calor latente em J/kg, para os mesmos processos:
 

Exercícios de calor latente

1) Um recipiente armazena 500 g de água no estado líquido. Sem que haja mudanças na temperatura da água, repentinamente, todo o seu conteúdo é evaporado. Determine a quantidade de calor que foi transferida para o conteúdo desse recipiente.

Dados: LF = 540 cal/g

Resolução:

Para calcularmos a quantidade de calor necessário para a evaporação dessa massa de água, usaremos a seguinte fórmula:

Usando os dados fornecidos pelo exercício, faremos o seguinte cálculo:

Por Me. Rafael Helerbrock