FAMECA 2022 (2º dia) — questão 18 de Física
Enunciado em texto
Uma certa substância apresenta o seguinte diagrama de fases.
(Gráfico: pressão p, em atm, no eixo vertical, e temperatura , em °C, no eixo horizontal. Uma curva sobe da origem até o ponto T; de T partem duas curvas: uma sobe íngreme, passando pelo ponto A; a outra sobe mais suavemente até terminar no ponto C, que está na temperatura de 127 °C. Os pontos M e N estão na mesma pressão, 0,5 atm, abaixo da curva TC: M entre T e C (em temperatura) e N na temperatura de 227 °C.)
a) Explique o significado dos pontos A e T no diagrama de fases dessa substância.
b) Considerando que o ponto C representa o ponto crítico do diagrama e que 5 mols dessa substância tenham sofrido uma expansão isobárica do ponto M para o ponto N, transformando-se num gás ideal de constante universal R = 0,082 atm · L/(mol · K), determine o volume desse gás no ponto N.
(Enunciado e figura: Vestibular FAMECA 2022, Conhecimentos Específicos — FAMECA/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Faculdade de Medicina de Catanduva (FAMECA/UNIFIPA) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: (a) o que representam os pontos A e T no diagrama de fases; (b) o volume de 5 mols de gás ideal no estado N.
Item (a) — as curvas. A curva que sai da origem até T é a de sublimação (equilíbrio sólido-vapor); a que vai de T até C é a de vaporização (líquido-vapor), que termina no ponto crítico; a que sobe íngreme a partir de T é a de fusão (sólido-líquido).
Item (a) — o ponto A. A está sobre a curva de fusão: nessas condições de pressão e temperatura, as fases sólida e líquida coexistem em equilíbrio (é um ponto de fusão/solidificação da substância).
Item (a) — o ponto T. T é o ponto triplo: o único par (pressão, temperatura) em que as três fases, sólida, líquida e vapor, coexistem em equilíbrio.
Item (b) — a temperatura em N. Na equação de Clapeyron a temperatura tem de ser absoluta: K. A pressão em N é 0,5 atm.
(Em N a temperatura, 227 °C, é maior que a crítica, 127 °C: a substância é de fato um gás, que não pode ser liquefeito só por compressão.)
⚠️ A armadilha: no item (b), usar a temperatura em graus Celsius (227) na equação: dá cerca de 186 L. No item (a), confundir A com T: A está numa linha (duas fases), T é o encontro das três linhas (três fases).
A ideia em uma frase: sobre uma curva do diagrama, duas fases convivem; no ponto triplo, três; e em a temperatura é sempre em kelvin.
Resposta: (a) A: ponto da curva de fusão, em que sólido e líquido coexistem em equilíbrio; T: ponto triplo, em que sólido, líquido e vapor coexistem em equilíbrio; (b) L.
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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