1 Introdução
Uma substância pura é aquela
que possui a mesma composição química em toda a sua extensão, como por exemplo,
o hélio e o dióxido de carbono. Entretanto, não necessariamente uma substância
pura deve possuir um único elemento químico, o importante é que a mistura seja
homogênea, ou seja, tenha uma composição química uniforme. Isto vale também
para mistura de duas ou mais fases, ou seja a composição químmica das fases tem
que ser igual para ser considerado uma substância pura.
As fases principais de uma substância
são sólida, líquida e gasosa e uma substância pode ter várias fases
dentro de uma fase principal. No sólido as moléculas ocupam posições fixas, no
líquido as moléculas se movimentam com relação aos outros, e no líquido se
movimentam de maneira aleatória (Fig.1).
Figura 1: Organização dos átomos em
(a) sólido, (b) líquido e (c) gasoso
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2 Processos de mudança de fase
Uma substância na fase líquida que
não está pronta para se converter em vapor é chamada de líquido comprimido,
caso esteja pronto para se vaporizar é chamado de líquido saturado. Por
exemplo, num recipiente com água tipo pistão-cilindro, estado 1 (Fig. 2) que está
sobre a pressão de 1 atm, ficará nesse estado até que calor seja transferido em
quantidade suficiente. Ao chegar ao estado 2, onde a temperatura atinge 100º C
a água está pronto para se vaporizar. Portanto, o estado 1 é de líquido
comprimido enquanto o 2 é de líquido saturado.
Figura 2: Líquido comprimido e
saturado
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Após o início
da ebulição a temperatura pára de subir até que o líquido se converta
inteiramente em vapor. Na metade do processo, estado 3 (Fig. 3), o líquido
contém metade de cada fase vapor e líquida. Quando a última gota de líquido
vaporizar (estado 4), tem-se o estado vapor saturado . Neste estado
qualquer perda de calor faz com que o vapor se condense. No estado 5, a
temperatura do vapor é 300ºC e desse modo, mesmo que se retire um pouco de
energia ou massa, continuamos tendo vapor, desde que a temperatura se mantenha
em 100ºC, neste estado onde o vapor não está pronto para se condensar tem-se vapor
superaquecido.
Figura 3: Vapor saturado e
superaquecido
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Na Fig.26 tem-se
o processo citado acima de mudança de fase à pressão constante.
Figura 4: Diagrama T-v para
processo de aquecimento à pressão constante
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A uma
determinada pressão, a temperatura na qual uma substância pura muda de fase é
chamada de temperatura de saturação $T_{sat}$
A uma determinada temperatura, a
pressão na qual uma substância pura muda de fase é chamada de pressão de
saturação $T_{sat}$
Tabelas de saturação relacionam a
pressão de saturação em função da temperatura (ou a temperatrura de saturação
em função da pressão) e tem-se estas tabelas para praticamente todas as substâncias,
no caso da água está na Tabela 1
uma listagem parcial.
Tabela 1: Tabela de saturação da água
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A quantidade de
energia absorvida ou liberada durante um processo de mudança de fase é chamada
de calor latente.
Durante um processo de mudança de
fase, pressão e temperatura são propriedade dependentes, diretamente. Na Figura 5 tem-se o exemplo para a água da curva de saturação líquido-vapor, sendo
esta curva característica de todas substâncias puras. Assim, uma substância a
pressão mais altal entra em ebulição a temperaturas mais altas, vide Tabela 2
Figura 5: Curva de saturação líquido-vapor
da água
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Tabela 2: Variação da temperatura de ebulição
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