Química Geral - Gráficos de Mudanças de Estados Físicos

Pode-se diferenciar os estados físicos por duas características básicas: energia e distância entre partículas.

Comparando-se os três estados físicos com relação à energia, o estado sólido possui menor energia, o estado líquido energia intermediária e o estado gasoso maior energia. Assim, precisamos esquentar o sólido (fornecer energia) para que ele se torne líquido; fornecer energia ao líquido para que ele passe ao estado gasoso. De forma inversa, temos que retirar energia de algo no estado gasoso para que passe para o estado líquido, e retirar energia do líquido para que ele passe para o estado sólido.

Comparando-se os três estados físicos com relação à distância entre as partículas, no estado sólido as partículas estão mais juntas, pois tem menos energia e se movimentam menos; no estado líquido a distância entre as partículas é média (por isso os líquidos têm maior mobilidade que os sólidos), e no estado gasoso as partículas sempre estão o mais distante possível (pois têm muita energia e se movimentam muito).

Gráfico de mudança de estado físico ao aquecer uma substância.

Para as substâncias, enquanto há dois estados físicos juntos (durante a fusão e a ebulição) a temperatura não varia, pois toda energia absorvida pelo sistema é utilizada para separar as partículas que compõe a substância. Somente há aumento de temperatura após ser completada a mudança de estado, quando novamente as partículas utilizam a energia fornecida para aquecimento. Esta área plana do gráfico (durante a fusão e a ebulição) é chamada patamar, a existência destes dois segmentos planos indica que a temperatura de fusão (TF) ou ponto de fusão (PF) é constante e a temperatura de ebulição (TE) ou ponto de ebulição (PE) é constante também. Ter PF e PE constantes é uma característica que evidencia que a matéria está na sua forma pura (que se trata de uma substância).

Gráfico de mudança de estado físico ao aquecer uma mistura comum.

Neste gráfico não há a presença do patamar, pois durante as mudanças de estado físico a temperatura varia. Como se trata de uma mistura, este aumento de temperatura durante a mudança de estado físico indica que os componentes da mistura possuem PF e PE diferentes; assim, quando um está transformando o outro está aquecendo e vice-versa. Como o termômetro mede a temperatura da mistura, sempre haverá um aumento. Note que a inclinação do gráfico durante a mudança de estado físico é menor, pois quando um componente esta mudando, sua temperatura fica constante. Então o aquecimento é mais lento, pois os componentes ora estão aquecendo, ora estão mudando de estado físico; quando os dois componentes terminam a mudança os dois se aquecem juntos, aumentando a velocidade do aquecimento da mistura.

Gráfico de mudança de estado físico ao aquecer uma mistura eutética.

A mistura eutética se comporta como substância pura durante a fusão, ou seja, possui um patamar (temperatura constante) na fusão. Este fenômeno ocorre com algumas ligas metálicas (misturas de metais). Exemplos: ligas metálicas em geral. A solda é uma mistura eutética de Estanho e Chumbo. O bronze é uma mistura de cobre com estanho, impossível a separação por fusão.

Gráfico de mudança de estado físico ao aquecer uma mistura azeotrópica.

A mistura azeotrópica comporta-se como substância pura durante a ebulição, possuindo um patamar (temperatura constante) durante esta mudança. A mistura contendo 96% de álcool etílico e 4% de água comporta-se como uma mistura eutética.

Observações:
1ª) Uma amostra para ser considerada substância deve possui PF e PE constantes;
2ª) A simples afirmação de que uma amostra possui PE ou PF constantes não serve para concluir que se trata de uma substância, pois a mistura eutética possui PF constante e a mistura azeotrópica possui PE constante;
3ª) A afirmação de que a amostra possui PE ou PF variável já é suficiente para classificar a amostra como mistura;
4ª) Para concluirmos se a amostra se trata de uma mistura comum, mistura eutética ou mistura azeotrópica; devemos ter informações sobre as temperaturas de fusão e ebulição.
5ª) A mistura azeotrópica citada acima (96% álcool e 4% água) não pode ser separada por destilação, pois ambas as substâncias ebulem na mesma temperatura, nesta proporção que se encontram, é por isso que nas destilarias de álcool destila-se o álcool até a concentração de 96% - chamado de álcool hidratado. Para a obtenção de álcool anidro (sem água) são utilizados outros métodos para separar a água.

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