Curva de aquecimento: o que é, como se faz, exemplos - Ciência - 2023

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UMA curva de aquecimento é a representação gráfica de como a temperatura de uma amostra varia em função do tempo, mantendo a pressão constante e adicionando calor de maneira uniforme, ou seja, a uma taxa constante.

Para construir um gráfico deste tipo, são tomados pares de valores de temperatura e tempo, que são posteriormente representados graficamente colocando a temperatura no eixo vertical (ordenadas) e o tempo no eixo horizontal (abcissa).

Em seguida, a curva mais apropriada é ajustada a esses pontos experimentais e, finalmente, um gráfico da temperatura T em função do tempo t: T (t) é obtido.

Qual é a curva de aquecimento?

À medida que é aquecida, uma substância passa por vários estados sucessivos: de sólida pode transformar-se em vapor, passando quase sempre pelo estado líquido. Esses processos são chamados de mudanças de estado, em que a amostra aumenta sua energia interna enquanto adiciona calor, conforme indicado pela teoria da cinética molecular.


Ao adicionar calor a uma amostra, existem duas possibilidades:

- A substância aumenta sua temperatura, pois suas partículas são agitadas com maior intensidade.

- O material está passando por uma mudança de fase, na qual a temperatura permanece constante. A adição de calor tem o efeito de enfraquecer até certo ponto as forças que mantêm as partículas unidas, então é fácil passar do gelo para a água líquida, por exemplo.

A Figura 2 mostra os quatro estados da matéria: sólido, líquido, gasoso e plasma, e os nomes dos processos que permitem a transição entre eles. As setas indicam a direção do processo.

-Estar mudanças em uma substância

Começando com uma amostra no estado sólido, ao derreter passa ao estado líquido, ao vaporizar transforma-se em gás e por ionização em plasma.


O sólido pode ser convertido diretamente em gás pelo processo conhecido como sublimação. Existem substâncias que se sublimam facilmente à temperatura ambiente. O mais conhecido é o CO2 ou gelo seco, bem como naftaleno e iodo.

Enquanto a amostra muda de estado, a temperatura permanece constante até atingir o novo estado. Isso significa que se, por exemplo, você tem uma porção de água líquida que atingiu o ponto de ebulição, sua temperatura permanece constante até que toda a água se transforme em vapor.

Por esta razão, espera-se que a curva de aquecimento seja composta por uma combinação de seções crescentes e seções horizontais, onde estas últimas correspondem a mudanças de fase. Uma dessas curvas é mostrada na Figura 3 para uma determinada substância.

Interpretação da curva de aquecimento

Nos intervalos de crescimento ab, CD Y ef a substância é encontrada como um sólido, líquido e gás, respectivamente. Nessas regiões a energia cinética aumenta e com ela a temperatura.


Enquanto isso em aC está mudando seu estado de sólido para líquido, portanto as duas fases coexistem. É assim que acontece na seção de, em que a amostra muda de líquido para gás. Aqui, a energia potencial está mudando e a temperatura permanece constante.

O procedimento reverso também é possível, ou seja, a amostra pode ser resfriada de forma que assuma sucessivamente outros estados. Nesse caso, falamos de curva de resfriamento.

As curvas de aquecimento têm a mesma aparência geral para todas as substâncias, embora certamente não tenham os mesmos valores numéricos. Algumas substâncias demoram mais que outras para mudar de estado e derretem e evaporam em diferentes temperaturas.

Esses pontos são conhecidos respectivamente como ponto de fusão e ponto de ebulição, e são características de cada substância.

Por este motivo as curvas de aquecimento são muito úteis, pois indicam o valor numérico dessas temperaturas para milhões de substâncias que existem como sólidos e líquidos na faixa de temperaturas consideradas normais e à pressão atmosférica.

Como você faz uma curva de aquecimento?

Em princípio, é muito simples: basta colocar uma amostra da substância em um recipiente equipado com um agitador, inserir um termômetro e aquecer uniformemente.

Simultaneamente, no início do procedimento, um cronômetro é ativado e os pares de temperatura-tempo correspondentes são anotados de tempos em tempos.

A fonte de calor pode ser um queimador a gás, com boa taxa de aquecimento, ou uma resistência elétrica que emite calor ao ser aquecida, que pode ser conectada a uma fonte variável para atingir diferentes potências.

Para maior precisão, existem duas técnicas amplamente utilizadas no laboratório de química:

- Análise térmica diferencial.

- Calorimetria de varrimento diferencial.

Eles comparam a diferença de temperatura entre a amostra em estudo e outra amostra de referência com alta temperatura de fusão, quase sempre um óxido de alumínio. Com esses métodos, é fácil encontrar os pontos de fusão e ebulição.

Exemplos (água, ferro ...)

Considere as curvas de aquecimento para água e ferro mostradas na figura. A escala de tempo não é mostrada, porém é imediato distinguir as temperaturas de fusão para ambas as substâncias que correspondem ao ponto B de cada gráfico: para água 0 º C, para ferro 1500 º C.

A água é uma substância universal e a faixa de temperaturas necessária para ver suas mudanças de estado é fácil de atingir em laboratório. São necessárias temperaturas muito mais altas para o ferro, mas, como observado acima, a forma do gráfico não muda substancialmente.

Derretendo o gelo

Ao aquecer a amostra de gelo, de acordo com o gráfico estamos no ponto A, a uma temperatura abaixo de 0º C. Observa-se que a temperatura aumenta a uma taxa constante até atingir 0ºC.


As moléculas de água dentro do gelo vibram com maior amplitude. Quando a temperatura de fusão (ponto B) é atingida, as moléculas já podem se mover uma na frente da outra.

A energia que chega é investida na redução da força atrativa entre as moléculas, para que a temperatura entre B e C permaneça constante até que todo o gelo derreta.

Transformando água em vapor

Uma vez que a água está completamente no estado líquido, a vibração das moléculas aumenta novamente e a temperatura aumenta rapidamente entre C e D até o ponto de ebulição de 100º C. Entre D e E a temperatura permanece nesse valor enquanto a energia que chega garante que toda a água do recipiente evapore.

Se todo o vapor d'água puder ser contido em um recipiente, ele pode continuar aquecendo do ponto E ao ponto F, cujo limite não é mostrado no gráfico.

Uma amostra de ferro pode passar por essas mesmas alterações. No entanto, dada a natureza do material, as faixas de temperatura são muito diferentes.


Referências

  1. Atkins, P. Principles of Chemistry: The Paths of Discovery. Editorial Médica Panamericana. 219-221.
  2. Chung, P. Heating curves. Recuperado de: chem.libretexts.org.
  3. Curvas de aquecimento. Calor de fusão e vaporização. Recuperado de: wikipremed.com.
  4. Hewitt, Paul. 2012. Ciência Física Conceitual. 5 ª. Ed. Pearson. 174-180.
  5. Universidade de Valladolid. Graduado em Química, recuperado de: hospedagem.uva.es.