Por que a linha de fusão da água se inclina para a esquerda, e na maioria das substâncias para a direita?

A inclinação na equação de Clapeyron dP/dT = ΔH/(T ΔV) é o sinal de ΔV. Na maioria das substâncias o líquido é menos denso que o cristal, ΔV > 0, a inclinação é positiva. Na água o gelo é menos denso, ΔV < 0, a inclinação é negativa: aumentar a pressão baixa a temperatura de fusão.

O que ocorre no ponto crítico?

Some a distinção entre líquido e gás: a densidade e as outras propriedades das fases coincidem. Além disso a substância é um fluido supercrítico: densidade alta com viscosidade baixa, sem menisco líquido–vapor.

O que se vê ao aquecer a pressão constante?

A horizontal no diagrama é uma isóbara. Da esquerda para a direita, a uma pressão abaixo do ponto triplo, o sólido passa direto a gás (sublimação). Acima do ponto triplo cruzam-se a linha de fusão e depois a de ebulição.

Por que no diagrama não há água super-resfriada?

Mostra-se só a fase de equilíbrio estável a dados T e P. Estados metaestáveis (super-resfriamento, superaquecimento) existem no laboratório, mas no diagrama de equilíbrio padrão não se desenham.

Diagrama de fases

Q: O que ocorre no ponto crítico?

Some a distinção entre líquido e gás: a densidade e as outras propriedades das fases coincidem. Além disso a substância é um fluido supercrítico: densidade alta com viscosidade baixa, sem menisco líquido–vapor.

Q: O que se vê ao aquecer a pressão constante?

A horizontal no diagrama é uma isóbara. Da esquerda para a direita, a uma pressão abaixo do ponto triplo, o sólido passa direto a gás (sublimação). Acima do ponto triplo cruzam-se a linha de fusão e depois a de ebulição.

Q: Por que no diagrama não há água super-resfriada?

Mostra-se só a fase de equilíbrio estável a dados T e P. Estados metaestáveis (super-resfriamento, superaquecimento) existem no laboratório, mas no diagrama de equilíbrio padrão não se desenham.

Diagrama p–T esquemático: sólido, líquido, gás e fluido supercrítico; pontos triplo e crítico.

Sobre o modelo

O diagrama de fases de uma substância pura no plano temperatura–pressão mostra as regiões de estabilidade do sólido, do líquido e do gás. A inclinação das linhas de coexistência vem da equação de Clapeyron dP/dT = ΔH/(T ΔV). No ponto triplo as três fases coexistem; além do ponto crítico o líquido e o gás não se distinguem (fluido supercrítico). O esquema é normalizado (T̂, P̂) e não copia a água experimental: as curvas são guias. Estados metaestáveis (super-resfriamento, superaquecimento) não aparecem. Os controles movem o ponto no plano e leem a fase.

Para quem: 2º e 3º anos do ensino médio e física geral / físico-química: fases, pontos triplo e crítico.

Conceitos-chave

diagrama de fases
ponto triplo
ponto crítico
curva de coexistência
equação de Clapeyron
transição de fase
fluido supercrítico
energia livre de Gibbs

Como funciona

Diagrama esquemático pressão–temperatura: as regiões de sólido, líquido, gás e estado supercrítico separam-se pelas curvas de fusão, vaporização e sublimação, que se encontram no ponto triplo. As curvas tracejadas são guias; as coordenadas T̂, P̂ estão normalizadas para o estudo e não correspondem aos dados experimentais da água. Os controles movem o ponto amarelo e leem a fase.

Fórmulas principais

Ao longo das curvas de coexistência: potenciais químicos iguais (µ₁ = µ₂)

Clapeyron: dP/dT = ΔS/ΔV na fronteira

Perguntas frequentes

Por que a linha de fusão da água se inclina para a esquerda, e na maioria das substâncias para a direita?: A inclinação na equação de Clapeyron dP/dT = ΔH/(T ΔV) é o sinal de ΔV. Na maioria das substâncias o líquido é menos denso que o cristal, ΔV > 0, a inclinação é positiva. Na água o gelo é menos denso, ΔV < 0, a inclinação é negativa: aumentar a pressão baixa a temperatura de fusão.
O que ocorre no ponto crítico?: Some a distinção entre líquido e gás: a densidade e as outras propriedades das fases coincidem. Além disso a substância é um fluido supercrítico: densidade alta com viscosidade baixa, sem menisco líquido–vapor.
O que se vê ao aquecer a pressão constante?: A horizontal no diagrama é uma isóbara. Da esquerda para a direita, a uma pressão abaixo do ponto triplo, o sólido passa direto a gás (sublimação). Acima do ponto triplo cruzam-se a linha de fusão e depois a de ebulição.
Por que no diagrama não há água super-resfriada?: Mostra-se só a fase de equilíbrio estável a dados T e P. Estados metaestáveis (super-resfriamento, superaquecimento) existem no laboratório, mas no diagrama de equilíbrio padrão não se desenham.

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