Sobre o tema
A calorimetria com mudança de fase é um tema central na termodinâmica, especialmente em sistemas com múltiplos componentes. Neste problema do ITA, dois sólidos A e B, com diferentes pontos de fusão e capacidades caloríficas, são aquecidos em contato térmico. O cálculo do calor total fornecido requer considerar três etapas para cada substância: aquecimento do sólido até o ponto de fusão, fusão (com entalpia de fusão constante) e aquecimento do líquido até a temperatura final. A construção do gráfico temperatura versus calor fornecido revela patamares durante as fusões e inclinações distintas, dependendo das capacidades caloríficas. A compreensão dos conceitos de capacidade calorífica molar, entalpia de fusão e equilíbrio térmico é essencial para resolver problemas como este, comuns em concursos e vestibulares.
Tópicos relacionados
- Calorimetria com mudança de fase
- Capacidade calorífica molar
- Entalpia de fusão
- Gráfico temperatura versus calor fornecido
- Equilíbrio térmico em sistema
Enunciado
Um determinado sistema consiste em dois sólidos, A e B, cada qual com uma quantidade igual a 1 mol. Considere que os sólidos estão fisicamente separados, mas em contato térmico por meio de uma parede condutora de calor, a qual garante que estejam em equilíbrio térmico em todos os instantes. A temperatura inicial desse sistema é igual a -10 °C. O sistema é aquecido até atingir a temperatura de 20 °C. A temperatura de fusão de A é igual a 0 °C e a de B é igual a 10 °C. Considere ainda os dados a seguir.
I. Variação de entalpia de fusão, de A, ΔHfusão(A) = 1 kJ mol⁻¹, e de B, ΔHfusão(B) = 2 kJ mol⁻¹;
II. Capacidade calorífica molar sob pressão constante, de A sólido, Cp,sólido(A) = 30 J mol⁻¹ K⁻¹, e de B sólido, Cp,sólido(B) = 20 J mol⁻¹ K⁻¹;
III. Capacidade calorífica molar sob pressão constante, de A líquido, Cp,líquido(A) = 50 J mol⁻¹ K⁻¹, e de B líquido, Cp,líquido(B) = 100 J mol⁻¹ K⁻¹.
Desenhe um gráfico da temperatura do sistema, em °C, em função da quantidade de calor fornecida, em kJ, indicando o fenômeno físico e o valor numérico da quantidade de calor fornecida em cada etapa do processo de aquecimento, até a temperatura final ser atingida.
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Perguntas frequentes
O que é entalpia de fusão?
É a quantidade de calor necessária para fundir um mol de substância à sua temperatura de fusão, a pressão constante.
Como calcular o calor para aquecer um sólido até o ponto de fusão?
Multiplica-se a capacidade calorífica molar do sólido, a quantidade de matéria (em mols) e a variação de temperatura.
O que ocorre quando dois sólidos com diferentes pontos de fusão são aquecidos juntos?
Cada sólido atinge seu ponto de fusão independentemente, absorvendo calor sem variar temperatura durante a mudança de fase, desde que estejam em equilíbrio térmico.
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