Curva de aquecimento | Resumo Escolar
Os estados físicos das substâncias e o exemplo da água
Os pontos de ebulição e de evaporação
A curva de aquecimento é um gráfico de temperatura em função do ganho de calor, ou seja, é um diagrama que demonstra os diversos estados físicos de uma substância conforme sua temperatura aumenta em função do aquecimento. Por meio deste gráfico, é possível observar uma reta ascendente com dois pontos de quebra, onde a temperatura é constante, chamados de ponto de fusão (PF) e ponto de ebulição (PE).
A forma mais simples de entender a curva de aquecimento é a partir dos processos de transformação da água, pois além de ser uma substância conhecida e fácil de exemplificar, é também quimicamente pura. Por esta razão, ela será utilizada.
A água, assim como as demais substâncias, pode ser encontrada na natureza em três estados físicos: o sólido, o líquido e o gasoso. Quando está no estado sólido é chamada de gelo, já no estado líquido é conhecida por água e no estado gasoso torna-se vapor d'água. Além disso, existem também cinco processos de mudança de um estado físico para outro:
Fusão: do estado sólido para o líquido.
Vaporização: do estado líquido para o gasoso.
Liquefação ou condensação: do estado gasoso para o líquido.
Solidificação: do estado líquido para o sólido.
Sublimação: do estado sólido para o gasoso e vice-versa, sem a passagem pelo estado líquido.
Exemplos do cotidiano são o derretimento do gelo (fusão), a água da panela em ebulição (vaporização), o vapor do chuveiro do banho condensando nas paredes do banheiro (liquefação ou condensação), polpa de suco depois de ficar no congelador (solidificação) e a naftalina (sublimação) que vai do estado sólido diretamente para o gasoso.
A passagem de um estado para o outro ocorre pelo aquecimento ou resfriamento da substância, ou seja, pelo seu ganho ou perda de energia térmica, e no nível micro significa uma reestruturação das suas moléculas.
Se no estado sólido as moléculas ficam bastante agrupadas e no mais baixo nível de movimentação, conforme submetidas ao calor, elas ganham energia e começam a se agitar. No estado líquido há um grau superior de liberdade de movimento molecular, porém ainda com limitações, e no estado gasoso é que as moléculas atingem o maior nível de movimentação.
Considerando a pressão atmosférica de 1 atm, que é a pressão existente no nível do mar, a água é sólida abaixo de zero graus Celsius (0ºC), fica no estado líquido entre 0ºC e 100ºC e entra em ebulição (forma gasosa) acima de 100ºC.
Se mudarmos a pressão atmosférica estas temperaturas também variam, assim como se for adicionado sal à água tornando-a uma mistura e não mais uma substância pura. Porém, para facilitar o entendimento vamos manter o exemplo da água pura e da pressão atmosférica de 1 atm.
Quando uma substância é submetida ao calor, ocorrem tocas energéticas e a sua temperatura sobe. Porém, esse aumento não é linear, pois enquanto substâncias puras mudam de estado físico a sua temperatura permanece constante. Isso quer dizer que a curva de aquecimento não é uma única reta ascendente, uma vez que tem pontos nos quais a temperatura não varia. Para entender melhor esta questão vamos novamente ao exemplo da água.
Sabe-se que, em temperaturas negativas, a água está no estado sólido. No entanto, quando a sua temperatura atinge exatamente a marca de 0ºC, ocorre um sistema heterogêneo. Nesta temperatura, o gelo começa a migrar para o estado líquido mas ainda precisa de um tempo e de calor para que toda a sua massa se transforme. Consequentemente, o gelo e a água coexistem em temperatura de 0ºC durante um certo período de tempo, que varia de acordo com a sua massa e com a temperatura da fonte de calor. Este processo é conhecido como fusão, e para a água o ponto de fusão (PE) é 0ºC.
Apenas depois que toda a substância encontra-se no estado líquido é que a temperatura volta a subir, e mediante aquecimento a água permanecendo no estado líquido entre 0ºC e 100ºC. Porém, quando a temperatura atinge exatamente a marca de 100ºC, ocorre novamente um sistema heterogêneo, desta vez formado pela presença de água líquida e de vapor d'água. Enquanto houver a presença destas duas formas da substância, a temperatura permanece constante em 100ºC. Porém, tão logo toda a água se transforme em vapor d'água, a temperatura da substância pode ser elevada até o infinito, permanecendo no estado gasoso.
Em resumo, considerando a substância água a uma pressão atmosférica de 1 atm, temos a seguinte curva de aquecimento: