Calor Latente e Estados Físicos da Matéria

1) Além do efeito da variação da temperatura, o calor pode provocar outro tipo de fenômeno?

Além do calor sensível, relacionado à variação de temperatura, existe o que é denominado de calor latente que é relacionado à mudança de fase ou mudança de estado físico da matéria.

 

2) Como se manifesta na natureza a mudança de fase da matéria? 

Para uma mesma substância pura podemos distinguir três estados físicos ou fases: sólido, líquido e gasoso. Quando à pressão constante uma substância recebe ou cede calor sem que varie sua temperatura, dizemos que está ocorrendo o fenômeno da mudança de fase.

 

3) Como é verificado a não mudança de temperatura na mudança de fase?

Na transformação de gelo em água, por exemplo, verifica-se que, embora a substância esteja recebendo calor, sua temperatura não varia enquanto não se completa a mudança de fase. Essa temperatura invariável denominamos temperatura de mudança de estado.

 4) Quais são as mudanças de fase possíveis?

Há seis mudanças de fase possíveis: fusão, ebulição, condensação, solidificação, sublimação e ressublimação.

 

5) Defina cada tipo de mudança de fase:

As mudanças de fase são classificadas assim:

Sublimação: sólido → gasoso / Ressublimação: gasoso → sólido

Vaporização: líquido → gasoso ou vapor / Condensação: gasoso ou vapor → líquido

Fusão: sólido → líquido / Solidificação: líquido → sólido

 

6) Qual a importância do Calor Latente no processo de mudanças de fase?

Calor latente é a quantidade de calor necessária para fazer uma certa massa m de uma substância mudar de fase sem alterar a temperatura. Exemplo, o calor latente de fusão da água é 80 cal/g, álcool etílico é 25 cal/g. Esse conceito pode ser matematicamente como L = Q/m.

7) Como se manifesta a mudança de fase num corpo formado pela mistura de uma ou mais substâncias?

Quando há a mistura de duas ou mais substância, é normal que ocorram variações de temperatura na mudança de fase, exceto quando a mistura é: Azeotrópico: vaporização com temperatura constante.

Ex.: mistura de 4% de etanol + 96% de água

Eutética: Fusão a temperatura constante. Ex.: A solda é uma liga metálica com 63% de estanho + 37% de chumbo.

 

8) Deseja-se converter um cubo de gelo de massa 30g, inicialmente a –12 °C, em 30g de água a 70°C. Qual a quantidade de calor necessária?

      

Calor latente: Q = m∙L

L: calor latente da mudança de fase (cal/g ou J/kg)

Calor sensível: Q = m∙c∙ΔT

Q: quantidade de calor (cal ou J)

m: massa (g ou kg)

c: calor específico [cal/(g ⋅ °C) ou J/kg ⋅ K]

ΔT: diferença de temperatura (°C ou K)

Primeiro o gelo precisa derreter até 0 °C, então usamos o calor sensível. Sabendo que o calor específico do gelo é 0,5 cal/g.°C:

Q1 = m∙c∙ΔT

Q1 = 30 x 0,5 x 12 = 180 cal

 

Depois, o gelo precisa mudar o seu estado físico (Calor latente) pra virar água, então, sabendo que o latente de fusão do gelo é 80 cal/g:

Q2 = m∙L

Q2 = 30 x 80 = 2.400 cal

 

Agora, a água gerada pela fusão do gelo precisa aquecer até 70 °C, utilizemos o calor sensível novamente, sabendo que o calor específico da água é 1 cal/g.°C: 

Q3 = m∙c∙ΔT

Q3 = 30 x 1 x 70 = 2.100 cal

 

Logo, o calor necessário pra realizar tal transformação é a soma de todos os calores:

 

Q = Q1 + Q2 + Q3 = 180 + 2.400 + 2.100 = 4.680 cal

 

Atividades:

1) Julgue cada uma as afirmativas em verdadeira (V) ou falsa (F):

 a) O calor é energia térmica em trânsito, ou seja, nenhum corpo contém calor, apenas o recebe ou o rejeita. (    )

 b) O calor pode ser classificado de duas formas: latente, quando há uma ou mais mudanças de fase, e pode ser sensível, quando não há mudança de fase, apenas variações na temperatura. (    )

 c) A mudança de estado físico é uma mudança de fase que uma substância sofre ao rejeitar ou receber calor, sofrendo indefinidas transformações de temperatura. (   )

 d) Durante a mudança de estado, apesar de receber ou ceder calor, a temperatura da substância permanece constante. (   )

 e) A temperatura se mantém constante em substâncias puras ao sofrer uma mudança de fase. A água e a acetona são exemplos. (    )

 f) A temperatura de fusão de uma substância, submetida à uma pressão ao nível do mar, é sempre maior que sua temperatura de solidificação. (    )

  

2) Indique uma situação em que ocorre:

a) fusão.

b) solidificação.

c) vaporização.

d) condensação.

3) O que acontece com a temperatura durante a mudança de estado de uma substância pura e cristalina? 

 

4) Sabendo que o calor latente de fusão do ferro é 64 cal/g e o calor latente de fusão do chumbo é 5,5 cal/g. É necessária mais energia para fundir 1g de ferro ou 1g de chumbo?  

5) Inicialmente em estado líquido, um corpo com massa igual a 40 g, é resfriado e alcança devido ao resfriamento o estado de fusão. Sabendo que a quantidade de calor é 1.200 cal, determine o calor latente de fusão desse corpo.

 

6) Meio litro de água líquida à pressão atmosférica corresponde a uma massa de 500 g e devem ser completamente vaporizados. Sendo que a temperatura inicial é de 100 °C, qual será a quantidade de calor necessária para que toda a água ferva? Dado: O calor latente de vaporização da água é L = 540 cal/g.

 

7) É possível fornecer energia para um objeto e sua temperatura permanecer constante? 

 

8) Se o gelo e a água podem estar a 0°C, por que usamos gelo e não água a 0°C para resfriar bebidas?

O gelo recebe energia da bebida para se fundir e, depois de derreter, recebe energia para aquecer a água, resultante da fusão. Já a água resfria menos a bebida, uma vez que só recebe calor sensível e não latente.

 

9) Um ferreiro quer esfriar um bloco de ferro de 100g que está a uma temperatura de 200 °C. Qual será a temperatura final, se o ferreiro mergulhar o bloco em um litro de água que está a 20°C? Considere que não há perdas de energia para o ambiente, e calor específico do ferro é 0,11 cal/g °C.

 

10) Leia o texto a seguir: 

Black (1935) discute um conceito que envolve a transição de fase, na qual há uma liberação ou absorção de calor que não envolve variações na temperatura mensuráveis pelo termômetro.

(ZANOTELLO, Marcelo. Leitura de textos originais de cientistas por estudantes do Ensino Superior. Ciênc. Educ. (Bauru) [online], v. 17, n. 4, p. 992, 2011)

 O texto descreve o calor:

      (A) molar.

      (B) sensível.

      (C) latente.

      (D) específico.

Pesquisa Google:

1) Quais são as diferentes formas de um líquido vaporizar-se?

2) Por que sentimos frio quando saímos de uma piscina?

3) Por que a roupa no varal seca mais rápido quando há vento?

Aprofunde-se:

Exercício Resolvido:

(UERJ) O gráfico abaixo indica o comportamento térmico de 10 g de uma substância que, ao receber calor de uma fonte, passa integralmente da fase sólida para a fase líquida.

O calor latente de fusão dessa substância, em cal/g, é igual a:

         (A) 70.       (B) 80.       (C) 90.       (D) 100.

A parte horizontal do gráfico representa a mudança de estado físico, na qual o calor deixa de atuar na variação de temperatura e passa a atuar de modo a alterar o estado de agregação do elemento. Nessa parte do gráfico, a quantidade de calor envolvida foi de 700 cal (1000 – 300 = 700 cal).

O calor latente de fusão pode ser determinado por meio da equação de calor latente:

            Q = m∙L     

         700 = 10∙L

            L = 70 cal/g