Construa um gráfico de temperatura (°C) x tempo (minutos) que represente o aquecimento de certa massa de um sólido puro desde -10 °C até 110 °C, sabendo que os pontos de fusão e de ebulição dessa substância são, respectivamente, 5 °C e 80 °C. Considere que a fusão começa após 4 minutos de aquecimento e que são necessários mais 5 minutos para que todo o sólido derreta. A temperatura de ebulição é atingida aos 17 minutos, e a vaporização total ocorre aos 23 minutos de aquecimento.
A) O que mudaria, durante o aquecimento, se a massa da amostra fosse maior? Justifique.
B) O que mudaria, durante o aquecimento, se o sólido não fosse puro? Esboce um gráfico de temperatura (°C) x tempo (minutos) do aquecimento do sólido impuro no mesmo intervalo de temperatura.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício pede para a gente construir um gráfico de temperatura versus tempo para o aquecimento de um sólido puro, considerando pontos de fusão e ebulição específicos, além de tempos para fusão e vaporização completos. A gente vai usar conceitos de termodinâmica, como calor latente de fusão e vaporização, além de entender como a massa e a pureza do sólido afetam esse processo.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que acontece quando a gente aquece um sólido puro:
  1. Aquecimento Inicial (-10°C a 5°C):
    • A temperatura aumenta até chegar ao ponto de fusão (5°C).
  2. Fusão (5°C):
    • A temperatura permanece constante enquanto o sólido está derretendo. Isso ocorre porque a energia está sendo usada para quebrar as ligações intermoleculares, não para aumentar a temperatura.
  3. Aquecimento da Líquido (5°C a 80°C):
    • Após a fusão completa, a temperatura volta a subir até o ponto de ebulição (80°C).
  4. Vaporização (80°C):
    • Novamente, a temperatura permanece constante enquanto o líquido está evaporando, pois a energia está sendo usada para mudar de fase.
  5. Aquecimento do Vapor (80°C a 110°C):
    • Após a vaporização completa, a temperatura aumenta até 110°C.

Passo 3

Agora, vamos relacionar o tempo com essas etapas:
  • Aquecimento Inicial (-10°C a 5°C):
    • Leva 4 minutos para atingir 5°C.
  • Fusão (5°C):
    • Demora 5 minutos para derreter completamente.
  • Aquecimento da Líquido (5°C a 80°C):
    • Como a ebulição começa aos 17 minutos (4 + 5 + 8), leva 8 minutos para ir de 5°C a 80°C.
  • Vaporização (80°C):
    • O vapor leva de 17 a 23 minutos para evaporar completamente.
  • Aquecimento do Vapor (80°C a 110°C):
    • Dos 23 minutos em diante, a temperatura sobe até 110°C.

Passo 4

Agora, vamos para as perguntas:
A) O que mudaria, durante o aquecimento, se a massa da amostra fosse maior? Justifique.
Se a massa do sólido for maior, isso significa que temos mais material para aquecer. Como resultado, será necessário mais calor para aumentar a temperatura e para mudar de fase (fusão e vaporização). Portanto:
  • Tempo de Aquecimento Inicial:
    • Levará mais tempo para o sólido atingir o ponto de fusão (mais tempo para os 5°C).
  • Fusão e Vaporização:
    • Maior massa significa mais energia necessária para derreter e vaporizar todo o sólido, então os períodos de fusão e vaporização aumentarão.
B) O que mudaria, durante o aquecimento, se o sólido não fosse puro? Esboce um gráfico de temperatura (°C) x tempo (minutos) do aquecimento do sólido impuro no mesmo intervalo de temperatura.
Quando um sólido não é puro, ou seja, é uma mistura ou contém impurezas, os pontos de fusão e ebulição geralmente se tornam intervalos, não pontos fixos, devido à presença das impurezas que interferem na estrutura cristalina e nas interações intermoleculares.
  • Temperatura de Fusão:
    • Ao invés de derreter exatamente a 5°C, o sólido impuro derreterá em um intervalo de temperaturas, começando abaixo de 5°C e terminando acima.
  • Temperatura de Ebulição:
    • Similarmente, a ebulição ocorrerá em um intervalo de tempos e temperaturas ao invés de um ponto único.
Esboço do Gráfico:
Temperatura (°C)
110 |                     _______
     |                    /       \
80  |----------          /         \
     |        \          /           \
5   |---------\_______/              \
     |       /                        \
-10 |_____/_____________________________\____ Tempo (min)
       0   4    9   17     23
  • As “plataformas” de fusão e vaporização agora são mais largas, indicando intervalos de temperaturas.

Resposta

A) Se a massa da amostra fosse maior, o tempo necessário para aquecer, derreter e vaporizar o sólido aumentaria, pois mais energia seria necessária para elevar a temperatura e mudar de fase de uma quantidade maior de material.
B) Se o sólido não fosse puro, os pontos de fusão e ebulição se tornariam intervalos de temperaturas devido às impurezas. O gráfico apresentaria “plataformas” mais largas na fusão e vaporização, indicando que esses processos ocorrem em intervalos de tempo e temperatura em vez de pontos fixos.

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