Diagrama de Fases

Rosimar Gouveia

O diagrama de fases é um gráfico que permite definir em que estado físico uma substância se encontra num dado instante, conhecendo sua temperatura e pressão.

Medidas feitas em laboratório são utilizadas para construir o diagrama de fases de uma determinada substância.

O diagrama é dividido em três regiões, que representam o estado sólido, líquido e vapor.

Os pontos das linhas que delimitam essas regiões indicam os valores de temperatura e pressão que a substância pode estar em dois estados.

Um diagrama de fases apresenta os seguintes elementos:

  • Curva de fusão: separa as áreas que correspondem aos estados sólido e líquido.
  • Curva de vaporização: separa as áreas que correspondem as fases líquida e vapor.
  • Curva de sublimação: separa as áreas que correspondem as fases sólida e vapor.
  • Ponto triplo: ponto de interseção das três curvas (fusão, vaporização e sublimação). Este ponto indica os valores de temperatura e pressão que a substância pode simultaneamente estar nos três estados.
  • Ponto crítico: indica a maior temperatura que a substância é vapor. A partir desse ponto não é mais possível diferenciar os estados líquido e vapor. Para temperaturas acima do ponto crítico a substância passa a ser um gás.

Na figura abaixo, apresentamos uma representação de um diagrama de fases:

Diagrama de fases

Curva de fusão

As substâncias, de uma forma geral, aumentam de volume quando sofrem fusão e ao contrário diminuem de volume quando se solidificam. Como consequência, um aumento na pressão acarreta um aumento no ponto de fusão (temperatura de fusão).

Curva de fuão
Curva normal de fusão

Contudo, existem algumas exceções dentre elas a água, que na fusão diminuem de volume. Neste caso, um aumento na pressão acarreta uma diminuição no ponto de fusão.

Assim, a curva de fusão dessas substâncias terá o seguinte aspecto:

Curva de fusão da água
Substâncias que diminuem de volume na fusão

Exemplo

Considere o diagrama de fases do CO2 (dióxido de carbono) representado abaixo e responda as questões:

a) Qual a fase o CO2 , quando a sua temperatura for de - 60 ºC e a pressão de 50 atm?
b) Uma certa quantidade de CO2 líquido é submetida a uma pressão de 56 atm, e está confinada em um recipiente. Se o líquido for aquecido, mantendo-se a pressão constante, qual o valor da temperatura em que irá ocorrer a vaporização?
c) Qual o valor da temperatura e da pressão do ponto triplo do CO2?
d) Uma pedra de gelo seco (CO2) está submetida a uma pressão de 2 atm. Ela é aquecida, mantendo-se a pressão constante. Em um determinado instante começa a ocorre uma mudança de fase. Qual o nome desta mudança?

Diagrama de fases exemplo
Diagrama de fase do CO2

Resolução:

a) Observando o diagrama, concluímos que o CO2 estará na fase sólida.
b) Irá ocorrer a vaporização quando a temperatura atingir 20 ºC.
c) O ponto triplo corresponde a interseção das três curvas, no caso do CO2, quando apresenta uma temperatura de - 57 ºC e pressão de 5,2 atm, os três estados físicos podem coexistir.
d) Irá ocorrer a sublimação

Para saber mais, leia também:

Exercícios Resolvidos

1) Enem - 2000

Ainda hoje, é muito comum as pessoas utilizarem vasilhames de barro (moringas ou potes de cerâmica não esmaltada) para conservar água a uma temperatura menor do que a do ambiente. Isso ocorre porque:

a) o barro isola a água do ambiente, mantendo-a sempre a uma temperatura menor que a dele, como se fosse isopor.
b) o barro tem poder de “gelar” a água pela sua composição química. Na reação, a água perde calor.
c) o barro é poroso, permitindo que a água passe através dele. Parte dessa água evapora, tomando calor da moringa e do restante da água, que são assim resfriadas.
d) o barro é poroso, permitindo que a água se deposite na parte de fora da moringa. A água de fora sempre está a uma temperatura maior que a de dentro.
e) a moringa é uma espécie de geladeira natural, liberando substâncias higroscópicas que diminuem naturalmente a temperatura da água.

Alternativa c: o barro é poroso, permitindo que a água passe através dele. Parte dessa água evapora, tomando calor da moringa e do restante da água, que são assim resfriadas.

2) Ita - 2013

Considere o diagrama de fase hipotético representado esquematicamente na figura a seguir:

Diagrama de fase

O que representam os pontos A, B, C, D e E?

ponto A: ponto de sublimação
ponto B: ponto triplo
ponto C: ponto de fusão/solidificação
ponto D: ponto de vaporização/condensação
ponto E: ponto crítico

3) UECE - 2009

Observando o diagrama de fase PT mostrado a seguir. Pode-se concluir, corretamente, que uma substância que passou pelo processo de sublimação segue a trajetória:

uece

a) X ou Y
b) Y ou U
c) U ou V
d) V ou X

Alternativa b: Y ou U

Rosimar Gouveia
Rosimar Gouveia
Bacharel em Meteorologia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) em 1992, Licenciada em Matemática pela Universidade Federal Fluminense (UFF) em 2006 e Pós-Graduada em Ensino de Física pela Universidade Cruzeiro do Sul em 2011.