Um copo de suco gelado é colocado dentro de uma vasilha que contém água em temperatura ambiente

Conforme explicado no texto Estados Físicos da Água e suas Mudanças, a mudança do estado sólido para o líquido chama-se fusão. Assim sendo,o ponto de fusão é a temperatura em que uma substância pura que estava no estado sólido passa para o estado líquido.

Se você pegar um cubo de gelo que estava na geladeira a uma temperatura de -5 ºC e deixá-lo do lado de fora em um dia quente, o que vai acontecer?É simples, o cubo de gelo começará a derreter. Mas isso só vai acontecer um tempo depois que você o retirou da geladeira. Isso porque a temperatura do gelo começa a aumentar, passando de -5 ºC para -4 ºC, depois para -3 ºC e assim por diante até chegar em 0 ºC. Essa é a temperatura em que o gelo começa a derreter. Portanto, podemos dizer que o ponto de fusão ou temperatura de fusão do gelo é igual a 0ºC (ao nível do mar).

*Lembrando que ºC significa graus Celsius, que é uma medida de temperatura.

O mais interessante é que a temperatura permanece com o mesmo valor durante toda a mudança de estado físico. Isso quer dizer que, no caso do gelo, depois que ele atinge o ponto de fusão, sua temperatura fica fixa em 0 ºC até que todo o gelo passe para o estado líquido.

Isso pode ser visualizado em um gráfico como o mostrado logo a seguir. Observe que, até atingir a temperatura de fusão, a temperatura continuou subindo, mas quando se atingiu essa temperatura, ela permaneceu fixa com o passar do tempo, formando um patamar:

O ponto de ebulição é a temperatura em que uma substância pura passa do estado líquido para o estado de vapor. É o que acontece quando colocamos a água líquida que sai da torneira no fogo. A sua temperatura vai aumentando até atingir a temperatura de 100ºC, que é o ponto de ebulição da água (ao nível do mar).

Na figura a seguir, você pode observar que, quando o líquido é aquecido, ocorre um aumento da agitação das suas partículas, o que faz com que elas possam escapar para fora do recipiente e misturar-se ao ar. As bolhas formadas na temperatura de ebulição são bolhas de vapor de água.

No ponto de ebulição, acontece o mesmo que no ponto de fusão, ou seja, a temperatura permanece com o mesmo valor durante a mudança de estado.

O gráfico a seguir mostra o ponto de fusão (PF) e o ponto de ebulição (PE) da água:

Os pontos de fusão e ebulição são propriedades importantes das substâncias, pois cada uma possui uma temperatura de fusão e uma temperatura de ebulição específicas. Não existem duas ou mais substâncias com pontos de fusão e ebulição iguais. A única substância conhecida com ponto de fusão igual a 0 ºC e ponto de ebulição igual a 100º C, ao nível do mar, é a água.

Por isso, essas grandezas são usadas para identificar as substâncias. Veja alguns valores de pontos de fusão e ebulição para outras substâncias:

Entretanto, vale ressaltar que as temperaturas de fusão e ebulição somente terão valores fixos se a substância for pura. No caso de misturas, esses valores sofrem variações, ou seja, elas entram em ebulição em uma temperatura e terminam de mudar de estado físico em outra. Assim, os gráficos de mudanças de estado físico de misturas não possuem aqueles dois patamares fixos para o ponto de fusão e para o ponto de ebulição.

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química

Resolva esta lista de exercícios sobre equilíbrio térmico e trocas de calor. Ela te ajudará a testar sua compreensão sobre esses conceitos.

Publicado por: Rafael Helerbrock em Exercícios de Física

Questão 1

Em uma xícara contendo 150 ml de chá a 70 ºC, adiciona-se 50 ml de água a 10 ºC. Considerando que a xícara tenha capacidade térmica desprezível e que não ocorrem trocas de calor entre o líquido e o ar, determine a temperatura de equilíbrio do sistema.

Dados:

calor específico da água e do chá: c = 1,0 cal/gºC

densidade da água e do chá: d = 1g/ml

a) 45 ºC

b) 55 ºC

c) 75 ºC

d) 60 ºC

e) 25 ºC

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Questão 2

Em relação ao fenômeno do equilíbrio térmico, assinale a alternativa incorreta:

a) O calor flui dos corpos mais quentes em direção aos corpos de menor temperatura.

b) O equilíbrio térmico é atingido quando dois ou mais corpos encontram-se a mesma temperatura.

c) O calor flui espontaneamente entre corpos com diferentes temperaturas.

d) O equilíbrio térmico é atingido quando dois ou mais corpos recebem a mesma quantidade de calor.

e) Chamamos de equilíbrio térmico a situação em que um corpo não realiza mais trocas de calor, uma vez que sua temperatura é exatamente igual à de suas vizinhanças.

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Questão 3

Um cubo de gelo de 10 g a 0 ºC é colocado em um copo com 200 g de água a 25 ºC. Determine a temperatura de água imediatamente após o derretimento do cubo de gelo.

Dados:

calor específico da água: c = 1,0 cal/gºC

calor latente de fusão do gelo: L = 80 cal/g

a) 22 ºC

b) 24 ºC

c) 21 ºC

d) 19 ºC

e) 15 ºC

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Questão 4

Qual é a massa de gelo necessária para resfriar uma porção de meio litro de água (500 g) a 50 ºC até a temperatura de 20 ºC?

Dados:

calor específico da água: c = 1,0 cal/gºC

calor específico do gelo: c = 0,5 cal/gºC

calor latente de fusão do gelo: L = 80 cal/g

a) 175,0 g

b) 325,0 g

c) 400,0 g

d) 216,5 g

e) 166,6 g

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Respostas

Resposta Questão 1

Letra B

Resolução:

Para resolvermos esse exercício, é necessário entendermos que toda a quantidade de calor que é transferida pelo chá quente é absorvida pela água gelada. Também precisamos lembrar-nos da fórmula de calor sensível (Q = mcΔT), confira o cálculo a ser realizado:

Após somarmos as duas quantidades de calor cedido e recebido, igualando-as a zero, atribuímos os valores de massa, calor específico e temperatura inicial tanto para a porção de água quanto para o chá. As massas de água e de chá foram determinadas com base na informação fornecida pelo enunciado, que afirma que a densidade de água é de 1 g por ml. Após fazermos o cálculo corretamente, encontramos uma temperatura de equilíbrio de 55 ºC, desse modo, a alternativa correta é a letra B.

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Resposta Questão 2

Letra D

Resolução:

A alternativa que contém uma afirmação incorreta é a de letra D. De acordo com ela, o equilíbrio térmico é atingido quando dois ou mais corpos recebem a mesma quantidade de calor, no entanto, essa não é a definição de equilíbrio térmico. Dois corpos de diferentes massas, por exemplo, devem receber diferentes quantidades de calor, a fim de terem sua temperatura variada na mesma magnitude.

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Resposta Questão 3

Letra C

Resolução:

Para resolver o exercício, é necessário compreender que a água transfere calor para o gelo, que o absorve, derretendo consequentemente. Desse modo, o calor cedido pela água, que é calor sensível, é absorvido pelo gelo em forma de calor latente. Vamos aos cálculos:

Usando os dados do exercício e as fórmulas de calor sensível e latente, foi possível determinar que a temperatura de equilíbrio do sistema água e gelo foi de 21 ºC ao fim do processo de derretimento (fusão) do gelo.

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Resposta Questão 4

Letra E

Resolução

Para resolvermos esse exercício, somamos a quantidade de calor latente absorvida pelo gelo (Q = mL) com a quantidade de calor sensível que o gelo derretido precisou receber para atingir a temperatura de 20 ºC (Q = mcΔT), indicando que essa quantidade é igual à de calor que foi cedido pela porção de 500 g de água, inicialmente a 50 ºC. Substituindo os dados do exercício e fazendo o cálculo seguinte, encontramos que a massa de gelo necessária para resfriar a água até 20 ºC é de 166,66 g. Confira:

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