Curva do aquecimento da água

Quando um bloco de gelo à -20°C é aquecido, sob pressão constante de 1 atm, suas moléculas recebem energia na forma de calor, e aumentam de vibração, aumentando sua temperatura até 0°C. Continuando a receber calor, a sua temperatura permanece constante, pois a energia que ele recebe é usada na quebra das ligações moleculares, o que provoca a mudança de fase denominada fusão.

Após a fusão, a energia recebida faz com que a vibração das moléculas aumente novamente, aumentando a temperatura da água até 100°C. Nesta temperatura inicia-se a vaporização. Então, se a massa de água continua a receber calor, a energia recebida é usada novamente em uma nova mudança de estado físico.

Terminada a vaporização, a energia recebida altera a agitação das moléculas, aumentando a temperatura do vapor d’água.

Esse comportamento pode ser representado através de um gráfico denominado curva de aquecimento.

AB – corpo no estado sólido

BC – fusão

CD – corpo no estado líquido

DE – ebulição

EF – corpo no estado gasoso

Os trechos AB, CD e EF no diagrama representam o aquecimento nos estados sólido, líquido e gasoso, respectivamente. Nesses trechos, o calor trocado é sensível, pois o corpo apenas varia sua temperatura, portanto a expressão que deve ser utilizada nesses trechos será:

Q = m.c.Dq

Q₁, Q₃ e Q₅ ® calor sensível

Os trechos BC e DE representam a fusão e a ebulição da substância. Note que, nesses trechos, a temperatura não varia, portanto a expressão que deve ser utilizada será:

Q = m.L

Q₂ e Q₄ ® calor latente

Exercícios resolvidos

Determine a quantidade de calor necessária para transformar 20 g de gelo à -30°C em 20 g de vapor d’água à 120°C.

Dados: Calor específico do gelo = 0,5 cal/g.°C

Calor latente de fusão = 80 cal/g

Calor específico da água = 1,0 cal/g.°C

Calor latente de vaporização = 540 cal/g

Calor específico do vapor d’água = 0,5 cal/g.°C

Aquecendo o gelo até 0°C:

Q = m . c . Dq

Q₁ = 20 . 0,5 . 30

Q₁ = 300 cal

Fundindo o gelo:

Q = m . L

Q₂ = 20 . 80

Q₂ = 1600 cal

Aquecendo a água de 0°C até 100°C:

Q = m . c . Dq

Q₃ = 20 . 1 . 100

Q₃ = 2000 cal

Vaporizando a água:

Q = m . L

Q₄ = 20 . 540

Q₄ = 10800 cal

Aquecendo o vapor d’água de 100°C até 120°C:

Q = m . c . Dq

Q₅ = 20 . 0,5 . 20

Q₅ = 200 cal

Calor total:

Q_T = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅

Q_T = 300 + 1600 + 2000 + 10800 + 200

Q_T = 14.900 cal

Resposta: São necessárias 14.900 calorias.