Relação entre pressão e temperatura nas mudanças de estado

A pressão exercida sobre uma substância influencia seus pontos de fusão e ebulição. Quanto maior for a pressão, maior será a temperatura de ebulição e de fusão.

No dia a dia é muito comum observarmos as mudanças de estados físicos, como, por exemplo, o derretimento do gelo (fusão) ou quando fervemos água numa chaleira (ebulição). Mas será que a temperatura de fusão e de ebulição são sempre as mesmas? Nesta aula você entenderá como funciona a relação entre pressão e temperatura.

O ponto de fusão da água é conhecido como sendo 0°C e o de ebulição como sendo 100°C. Entretanto, isso acontece apenas quando a água se encontra submetida a uma pressão de 1 atm.

Isso porque através de experimentos é possível verificar que a pressão exercida sobre uma substância influencia nos seus pontos de fusão e ebulição.

Em seguida iremos analisar a influência da variação da pressão nas temperaturas de mudança de estado.

Pressão e temperatura
Imagem 1: Ao nível do mar a pressão é maior do que no topo do morro.

Influência da pressão na temperatura de fusão

Quando uma substância se funde, geralmente ela aumenta o seu volume. Isso ocorre porque ao ter sua temperatura aumentada, as moléculas passam a ter mais energia e a vibrarem mais, afastando-se.

Assim, para uma substância que tem seu volume aumentado durante a fusão, se modificarmos a pressão exercida sobre ela, ocorre também uma mudança na temperatura de fusão desta substância. Ou seja, se modificarmos a pressão, a temperatura de fusão também muda.

Isso acontece porque ao aumentarmos a pressão, as moléculas têm menos espaço para vibrarem e acabam se mantendo mais juntas, aumentando a sua interação. Dessa maneira, é preciso mais energia e um maior aumento de temperatura para afastá-las o suficiente para que ocorra a mudança de estado.

Por exemplo, o chumbo, que tem como característica um aumento de volume ao se fundir, tem seu ponto de fusão em 327°C a 1 atm. Se aumentarmos a pressão exercida sobre ele, a temperatura de fusão também se elevará, e assim precisará de mais calor fornecido para que ocorra a mudança de fase.

Variação de pressão e temperatura
Imagem 2: O aumento da pressão eleva o valor da temperatura de fusão do chumbo (figura a esquerda). A diminuição da pressão diminui o valor desta temperatura (figura a direita).

Comportamento anômalo da água

Algumas poucas substâncias, entre elas a água, fogem do comportamento geral, pois diminuem de volume ao fundirem. Portanto, o volume de um cubo de gelo diminui quando ele é transformado em água. Assim, para essas substâncias, inclusive a água, quando aumentamos a pressão, a temperatura de fusão diminui.

A água, por exemplo, tem a sua temperatura de fusão em 0°C a 1 atm. Mas se elevarmos a pressão, o gelo se fundirá a uma temperatura inferior a 0°C, e, consequentemente, se diminuirmos a pressão,ele se fundirá a uma temperatura superior a 0°C.

Um exemplo para esse fenômeno é a patinação no gelo. O gelo sob a lâmina da bota do patinador sofre uma pressão muito grande e se funde, mesmo que sua temperatura seja inferior a 0°C, permitindo que a pessoa deslize facilmente sobre as pistas de patinação. Assim que os patinadores passam, a pressão retorna ao normal (1 atm) e a água volta ao estado sólido, já que a temperatura está abaixo de 0°C.

Patinação no gelo - Pressão e temperatura
Imagem 3: O gelo se funde, apesar de estar abaixo de 0°C, em razão da grande pressão exercida sobre ele.

Influência da pressão na ebulição

Quando as substâncias se aproximam da temperatura de ebulição, têm seu volume aumentado. Dessa forma, o aumento do volume também dificulta a dilatação da substância e, consequentemente, o aumento da pressão também aumenta a temperatura de ebulição das substâncias.

Esse fato pode ser verificado com o uso das panelas de pressão, por exemplo. Em uma panela comum, aberta, com pressão de 1 atm, a água entra em ebulição a 100°C, e sua temperatura não ultrapassa esse valor.

Na panela de pressão, os vapores formados e impedidos de escapar ajudam a pressionar a superfície da água, podendo aumentar a pressão total dentro da panela em até 2 atm. Dessa maneira, a água só entrará em ebulição quando sua temperatura chegar próxima a 120°C, e isso faz com que os alimentos sejam cozidos mais rapidamente.

Funcionamento de uma panela de pressão
Imagem 4: Desenho esquemático demonstrando o funcionamento da panela de pressão. No gráfico presente no esquema, podemos observar que com a panela fechada, a temperatura de ebulição da água é aumentada para 120ºC.

Naturalmente, uma diminuição da pressão provoca uma redução da temperatura de ebulição. Portanto, podemos dizer que, em locais situados acima do nível do mar, onde a pressão atmosférica é menor que 1 atm, a água entra em ebulição a uma temperatura inferior que 100°C.

No monte Everest, por exemplo, que possui uma altitude de 8848 m, e pressão atmosférica de cerca de 0,03 atm, a água entra em ebulição com apenas 72°C. Ou seja, se tentarmos cozinhar em altitudes mais elevadas, e sem panela de pressão, iremos “passar trabalho”, e quem sabe seja até impossível para cozinhar alguns alimentos.

Com isso podemos observar que a pressão influencia diretamente na mudança de estado físico das substâncias e, por isso, é importante ficar ligado nos exercícios de mudança de fase, pois podem aparecer essas “pegadinhas”.

Tabela de pontos de ebulição da água

             Altitude (m)

Pressão atmosférica (cmHg)

Ponto de ebulição da água (ºC)

0

76

100

500

72

98

1000

67

97

1500

64

95

2000

60

93

2500

56

92

9000 24

70


Para aprender um pouco mais sobre esse assunto, veja a videoaula do professor Marcelo no nosso canal e em seguida resolva os exercícios:

Exercícios:
1- (UFSM-RS)

Assinale falso (F) ou verdadeiro (V) em cada afirmativa.

( ) A água pode evaporar a uma temperatura menor do que 100°C.

( ) A sensação de frio ocasionada pela evaporação da água sobre a pele deve-se à absorção de energia da pele pelo líquido.

( ) A velocidade de evaporação da água não depende da pressão externa.

A sequência correta é

a) V – V – F.

b) F – F – V.

c) F – F – F.

d) V – F – F.

e) V – V – V.

2- (PUC-MG)

Na questão a seguir assinale a afirmativa INCORRETA.

a) Todos os materiais expandem-se quando aquecidos.

b) A temperatura de fusão de uma substância depende da pressão.

c) Durante uma mudança de fase, a temperatura permanece constante.

d) A temperatura em que a água ferve depende da pressão.

3- (UECE/2020)    

A panela de pressão é um utensílio muito utilizado no intuito de diminuir o tempo de cozimento dos alimentos, pois o aumento da pressão interna permite a elevação do ponto de ebulição da água, mantendo-a em estado líquido a temperaturas maiores. A pressão atmosférica varia com a altitude e exerce influência sobre o ponto de ebulição da água. De modo simplificado e dentro de certos limites, o ponto de ebulição pode ser representado por uma função crescente da pressão. Considerando sua finalidade, como descrita no início deste enunciado, a panela de pressão proporcionaria um cozimento mais eficiente, se comparado ao uso de panela comum,

a) ao nível do mar, pois a pressão atmosférica é menor que no alto de uma montanha.

b) no alto de uma montanha, pois a pressão atmosférica é maior que ao nível do mar.

c) no alto de uma montanha, pois a pressão atmosférica é menor que ao nível do mar.

d) ao nível do mar, pois a pressão atmosférica é maior que no alto de uma montanha.

Gabarito:
  1. A
  2. A
  3. C

Por fim, veja também esse outro vídeo do professor Marcelo explicando como resolver exercícios com o diagrama de fases:

Sobre o(a) autor(a):

Os textos e exemplos acima foram preparados pela professora Tairine Favretto para o Blog do Enem. Tairine é formada em Física – Licenciatura na Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), e é Mestra em Educação Científica e Tecnológica também pela UFSC. Ministra aulas de Física e Ciências da Natureza em escolas da Grande Florianópolis desde 2014. Facebook: https://www.facebook.com/tairine.favretto Instagram: @proftaifisica

Compartilhe: