Enunciado
Química - Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente - 5ª Edição - Peter Atkins, Loretta Jones e Leroy Laverman- Ed: 5º - Capítulo 9.1 - Ex. 18
Use o diagrama de fases do Carbono, do exercício 9.16 para (a) Descrever as transições de fase que o carbono experimentaria se fosse comprimido, em temperatura de 2000K de 100 atm até 1x 106 atm; (b) classificar o diamante, a grafita e as fases líquido do carbono na ordem crescente de densidade.
Passo 1
Vamos começar subindo uma reta vertical na Temperatura de 2000 K, que foi a especificada para ocorrer a compressão sugerida no item a.
Nesta temperatura, a única transformação que ocorre é a da grafita virando diamante, que ocorre na intercessão da linha azul, com a laranja (entre as regiões da grafita e do diamante).
Esse ponto ocorre aproximadamente em 6 GPa.
Agora, nos resta confirmar se isso ocorre no intervalo de pressões dado, já que ocorre uma divergência de unidades aqui.
Bem, fomos informados pelo gráfico da questão 9.16 do livro que:
10000 atm – 1 GPa
Logo, 100000 atm – 10 GPa
Pronto, a pressão em questão está no intervalo que queremos, então já temos a descrição do fenômeno que ocorre.
Recaptulando: A grafita se torna diamante na pressão de 6GPa
Passo 2
O segundo item pede que nós comparemos as densidades de acordo com o gráfico que nos foi dado.
Faremos isso, observando a inclinação do gráfico.
Sabemos que: Uma inclinação do limite sólido-líquido, por exemplo, mostra a densidade do sólido e do líquido.
Uma inclinação negativa, indica, por exemplo, que o líquido é mais denso. Já, uma positiva, indica que o sólido é mais denso.
Vamos então, aplicar esse conhecimento neste exemplo.
Passo 3
Em que pressão a grafita se funde a 3000 K?
Primeiro, lembrando que fundir é o fenômeno onde uma substância passa do estado sólido para o líquido. Ou seja, em qual pressão a grafita se transforma em líquido, considerando a temperatura de 3000 K.
Subindo uma reta, acharemos um ponto triplo dessa interceção.
Observamos, que se seguirmos a linha azul, não temos uma interseção dela com a curva dos líquidos, portanto, é termodinamicamente impossível a fusão da grafita na temperatura de 3000 K, independente da pressão.
Primeiro inclinação diamante – líquido. A inclinação é negativa, logo, o carbono líquido é mais denso que o diamante. A inclinação grafita/líquido é positiva, logo, a Grafita é mais densa que o Carbono líquido. Portanto, conclui-se que o mais denso é a grafita, seguida do carbono líquido e o menos denso é o diamante.
Resposta
(a) A grafita se torna diamante na pressão de 6GPa
(b) O mais denso é a grafita, seguida do carbono líquido e o menos denso é o diamante.