Quais são os processos de mudança de estado em que a substância libera calor?

As mudanças de estado físico dependem de alguns fatores relativos à temperatura, à pressão, e à quantidade de energia evolvida no processo.

Na natureza, encontram-se três estados físicos da matéria: sólido, líquido e gasoso. E as mudanças de estado físico representam os cinco processos de mudança de um estado para outro.

As mudanças são: condensação ou liquefação, solidificação, fusão, vaporização e sublimação. Cada tipo de mudança possui algumas especificidades e estão relacionadas às qualidades da matéria.

Condensação

A condensação representa a passagem do estado gasoso para o líquido.

Isso ocorre devido ao arrefecimento de um gás, que tende a condensar e passa a apresentar-se em estado líquido.

Solidificação

A solidificação é a passagem de estado líquido para o sólido.

Uma matéria em estado líquido, se resfriada tende a tornar-se sólida. No caso da água, a solidificação ocorre a 0 °C

Fusão

A fusão é a passagem do estado sólido para o líquido.

As moléculas de cada substância necessitam de uma certa dose de energia para se movimentarem. Quando há menos energia, tendem a movimentar-se menos e o material tende a estar sólido.

Ao receber energia de uma fonte de calor (aquecimento), passam a um maior nível de agitação e podendo mudar de estado.

Vaporização

A vaporização é a passagem do estado líquido para o gasoso. Isso pode ocorrer de duas maneiras:

• Ebulição: aquecimento rápido.
• Evaporação: aquecimento lento.

A partir de 1 °C até 100 °C, apresenta-se em estado líquido.

Sublimação

A sublimação é a passagem do estado sólido para o gasoso e do estado gasoso para o sólido (ressublimação).

Esse tipo de mudança ocorre dependendo de determinadas condições de pressão e temperatura. Cada elemento possui seu diagrama de fases, onde se encontram suas curvas de fusão, vaporização e sublimação.

Estados físicos da água

A água é facilmente encontrada em seus três estados físicos: sólido, líquido e gasoso.

Cada estado físico da água é possível de acordo com as variações de temperatura e pressão.

À pressão normal (1atm), a água entra em fusão a 0 °C e em ebulição a 100 °C.

As moléculas de água a -1 °C encontram-se em estado sólido e a 0 °C ocorre a mudança (ponto de fusão) de gelo a 0 °C para água a 0 °C.

Quando atinge a temperatura de 100 °C, realiza uma nova mudança de estado (vaporização), passando do estado líquido para o gasoso.

Como pode ser observado em seu diagrama de fases:

Para saber mais sobre esse assunto, leia também:

• Estados Físicos da Água
• Estados Físicos da Matéria
• Transformações físicas e químicas
• Fenômenos físicos e químicos

Imaginemos um cubo de gelo à temperatura de -20 °C. Para que ele se liquefaça é necessário que seja fornecida energia na forma de calor ao sistema, ou seja, precisamos aquecê-lo. Assim, a água líquida tem um conteúdo de energia, ou uma entalpia, maior que a água no estado sólido. O mesmo acontece se quisermos que a água que está no estado líquido, à temperatura ambiente, passe para o vapor; o sistema precisa absorver energia.

Esses dois processos citados – fusão e vaporização – são processos endotérmicos, pois absorvem energia. Portanto, a variação de entalpia do sistema será positiva, maior que zero (∆H > 0), visto que a entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes.

H2O(s) → H2O(l)    ∆Hfusão = +7,3 kJ

H2O(l) → H2O(v)    ∆Hvaporização = +43,9 kJ

Isso pode ser visualizado também quando analisamos as reações de formação da água no estado líquido e no gasoso:

H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l)    ∆H = -285,5 kJ

H2(g) + ½ O2(g) → H2O(g)    ∆H = -241,6 kJ

Observe que a variação de entalpia na formação da água no estado gasoso é maior, assim, se passarmos a água do estado líquido para o gasoso, ou de um estado de menor para um de maior entalpia, significa que será absorvido calor, conforme mostrado a seguir:

H2O(l) → H2O(v)    ∆Hvaporização = (-241,6 – (-285,5)) kJ
∆Hvaporização = +43,9kJ

Chamamos esse caso de entalpia de vaporização, pois se trata da energia necessária para vaporizar 1 mol de substância nas condições-padrão de temperatura e pressão.

Se estivéssemos falando da energia necessária para realizar a fusão de 1 mol de substância nas condições-padrão de temperatura e pressão, seria a entalpia de fusão (∆Hfusão), que, em se tratando da água, é de + 7,3.

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No entanto, os processos inversos, que são de liquefação e de solidificação, são processos que precisam perder energia na forma de calor, ou seja, são exotérmicos. Neles, a variação da entalpia é negativa, como mostrado a seguir:

Entalpia de Liquefação (∆Hliquefação): parte da energia presente nas moléculas é usada para formar as ligações intermoleculares da água no estado líquido e o restante é liberado. Seu valor é o mesmo do caminho inverso, isto é, da vaporização, porém com sinal oposto: ∆Hliquefação = -43,9kJ.

Entalpia de Solidificação (∆Hsolidificação): para passar do estado líquido para o sólido é necessário também perder energia na forma de calor. O valor da variação da entalpia de solidificação é o mesmo que o processo inverso (fusão), porém com sinal negativo:  ∆Hsolidificação = -7,3 kJ.

Já a entalpia de sublimação (∆Hsublimação) será positiva se estiver passando do sólido para o gasoso; e será negativa se estiver fazendo o processo contrário.

O diagrama de entalpia nessas mudanças de estado físico ou de agregação pode ser transcrito da seguinte forma:

Resumindo, temos:

Quais são os processos de mudança de estado em que a substância receber calor?

Quais são os processos de mudança de estado em que a substância recebe calor e quais são os processos de mudança de estado em que a substância cede calor?

Qual mudança de estado físico libera calor?

Quais são as mudanças de estado?