Por que a curva de fusão da água se inclina «para o lado errado»?

O gelo ordinário é menos denso que a água líquida, por isso o aumento de pressão favorece o líquido e abaixa a temperatura de fusão — dP/dT negativo ao longo da fusão, pela equação de Clapeyron. Na maioria das substâncias a inclinação é positiva.

O que ocorre no ponto crítico?

As densidades do líquido e do vapor se igualam e o menisco desaparece; acima da temperatura crítica não se obtém líquido só com a pressão. O ponto crítico daqui é esquemático — T_c e P_c exatos vêm das tabelas de vapor saturado.

Dá para ler temperaturas de ebulição exatas neste mapa?

Só de modo qualitativo. A curva da pressão de vapor mostra a tendência da temperatura de ebulição com a pressão, mas a linha é de aula. Para números de engenharia fazem falta tabelas de vapor saturado ou uma equação de estado verificada.

Diagrama de fases da água

Curvas qualitativas de fusão, sublimação e pressão de vapor saturado até o ponto crítico; a sonda marca a fase.

Sobre o modelo

O diagrama de fases da água no plano P–T: as curvas de fusão, de sublimação e da pressão de vapor saturado até o ponto crítico separam as regiões de gelo, líquido e vapor. A sonda indica em que região cai o ponto (P, T) escolhido. As curvas são esquemáticas, não tabelas IAPWS: omitem-se continuações metaestáveis, polimorfos do gelo além do Ih ordinário e deslocamentos por solutos. Cruzar a curva de fusão ou de sublimação é coexistência de duas fases; no ponto crítico o líquido e o vapor deixam de se distinguir. A inclinação negativa da curva de fusão da água e o ponto triplo são os traços didáticos principais do diagrama.

Para quem: Química geral e físico-química introdutória: equilíbrios de fases da água.

Conceitos-chave

diagrama de fases
ponto triplo
ponto crítico
pressão de vapor saturado
curva de fusão
sublimação

Como funciona

No plano P–T estão as curvas de fusão, de sublimação e da pressão de vapor saturado até o ponto crítico; as regiões estão rotuladas como gelo, líquido e vapor. A sonda (P, T) marca a fase. A curva de fusão da água tem inclinação negativa (equação de Clapeyron: o gelo é menos denso que o líquido). O diagrama é qualitativo, não tabelas IAPWS.

Fórmulas principais

Clapeyron: dP/dT = ΔS/ΔV — water expands on freezing (ΔV < 0) ⇒ negative dP/dT along fusion.

Perguntas frequentes

Por que a curva de fusão da água se inclina «para o lado errado»?: O gelo ordinário é menos denso que a água líquida, por isso o aumento de pressão favorece o líquido e abaixa a temperatura de fusão — dP/dT negativo ao longo da fusão, pela equação de Clapeyron. Na maioria das substâncias a inclinação é positiva.
O que ocorre no ponto crítico?: As densidades do líquido e do vapor se igualam e o menisco desaparece; acima da temperatura crítica não se obtém líquido só com a pressão. O ponto crítico daqui é esquemático — T_c e P_c exatos vêm das tabelas de vapor saturado.
Dá para ler temperaturas de ebulição exatas neste mapa?: Só de modo qualitativo. A curva da pressão de vapor mostra a tendência da temperatura de ebulição com a pressão, mas a linha é de aula. Para números de engenharia fazem falta tabelas de vapor saturado ou uma equação de estado verificada.

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