UFU 2012-2 — questão 16 de Física
Enunciado em texto
O gráfico abaixo representa a pressão em função da temperatura para uma amostra de um determinado gás. Nas condições indicadas pelo ponto A, tal amostra coexiste em estado sólido, líquido e gasoso.
[Gráfico: eixo vertical p (cmHg), eixo horizontal T (Celsius), com o zero no eixo vertical. Três curvas partem do ponto A, de coordenadas T = −209 °C e p = 10 cmHg (linhas tracejadas ligam A aos eixos). Uma curva vem da esquerda, subindo devagar, de pressões menores até A. De A saem para a direita duas curvas: uma sobe de forma íngreme (quase vertical, levemente inclinada para a direita) e a outra sobe de forma suave, terminando pouco antes de T = 0. As regiões entre as curvas não estão identificadas.]
Considere que esta mesma amostra seja submetida a três situações:
Situação A: temperatura de -209°C e pressão de 12 cmHg.
Situação B: temperatura de -100°C e pressão de 10 cmHg.
Situação C: temperatura de -240°C e pressão de 5 cmHg.
Nas situações A, B e C, os estados físicos em que se encontra a amostra são, respectivamente,
A) líquido, gasoso e líquido.
B) sólido, líquido, sólido.
C) sólido, gasoso e gasoso.
D) líquido, sólido e gasoso.
(Enunciado e figura: Processo Seletivo UFU 2012-2, 1ª fase — Universidade Federal de Uberlândia.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Uberlândia (UFU) e à sua Diretoria de Processos Seletivos (DIRPS/UFU).
Resolução comentada
O que a questão pede: localizar cada situação no diagrama de fases e dizer se a amostra está sólida, líquida ou gasosa.
Passo 1 — identificando as curvas. O ponto A é o ponto triplo (as três fases coexistem). Dele saem as três curvas de equilíbrio: a da esquerda, abaixo de A, é a curva de sublimação (sólido–gás); a íngreme, que sobe para a direita, é a de fusão (sólido–líquido); a suave, que sobe para a direita, é a de vaporização (líquido–gás). Com isso, as regiões são: à esquerda da curva de fusão e acima da de sublimação, sólido; entre a fusão e a vaporização, líquido; abaixo da sublimação e da vaporização (pressões baixas), gás.
Passo 2 — situação A (−209 °C, 12 cmHg). É a mesma temperatura do ponto triplo, com pressão maior que 10 cmHg: o ponto fica logo acima de A. Como a curva de fusão sobe inclinada para a direita, esse ponto está à esquerda dela, na região do sólido.
Passo 3 — situação B (−100 °C, 10 cmHg). A temperatura é bem maior que a do ponto triplo. Nessa temperatura, a curva de vaporização já está acima de 10 cmHg (no gráfico, ela sobe acima da linha tracejada de 10 cmHg à direita de A). Pressão abaixo da curva de vaporização: gás.
Passo 4 — situação C (−240 °C, 5 cmHg). Temperatura menor que a do ponto triplo e pressão bem menor que 10 cmHg: o ponto fica abaixo da curva de sublimação, na região do gás.
Conferindo: sólido, gasoso e gasoso: alternativa C. Um jeito rápido de lembrar: abaixo da pressão do ponto triplo a substância não tem fase líquida; só sólido ou gás. As situações B e C têm pressão no máximo igual à do ponto triplo (e temperatura diferente da dele), então não podem estar líquidas.
⚠️ A armadilha: ler a situação B como “sobre a linha de 10 cmHg, então está no equilíbrio” ou “à direita de A, então é líquido”. A linha tracejada de 10 cmHg é só a pressão do ponto triplo; o que separa líquido de gás é a curva de vaporização, que a −100 °C já está acima de 10 cmHg.
A ideia em uma frase: no diagrama de fases, pressão alta e temperatura baixa dão sólido; pressão abaixo das curvas de sublimação e vaporização dá gás.
Resposta: alternativa C (sólido, gasoso e gasoso).
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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