Biología

Mudanças nos diagramas de calor e energia

Mudanças no calor e energia

Você já pensou no gelo como água sólida? Você sabia que vapor também é água? A água, assim como outras matérias, pode existir em três estados, ou fases , e os chamamos de sólido, líquido e gasoso. À medida que o gelo é aquecido, sua temperatura aumenta e ele derrete em água líquida. Da mesma forma, conforme a água líquida é aquecida, ela evapora em vapor d’água. Essas mudanças de uma fase para outra são chamadas de mudanças de fase .

Você sabia que a temperatura da água não aumenta quando ferve? A temperatura da água aumenta até a ebulição e depois permanece constante enquanto ferve. Usaremos diagramas que ilustram a relação entre temperatura e calor para explicar como isso funciona. Antes de fazermos isso, no entanto, precisamos descrever a relação entre temperatura e calor.

O que é temperatura?

Vamos discutir a temperatura primeiro. Você provavelmente está familiarizado com a temperatura, pois é um tópico comum de conversa. Expressamos a temperatura em graus Fahrenheit, graus Celsius e até Kelvin, que é uma escala absoluta. Mas o que é temperatura? A temperatura é uma medida de quão rápido as moléculas de uma substância estão se movendo. Quanto mais rápido as moléculas se moverem dentro da substância, maior será a temperatura. Por exemplo, as moléculas de água quente se movem mais rápido do que as moléculas de água fria.


As moléculas de água quente se movem mais rápido do que as moléculas de água fria e criam mais energia.
Moléculas de água quente água fria

A temperatura pode ser definida como a energia cinética média de uma substância, onde energia é a capacidade de realizar trabalho. A energia cinética é a energia do movimento e, portanto, reflete a velocidade com que um objeto se move. Quanto mais rápido o objeto se move, mais energia cinética ele contém. Quanto mais rápido as moléculas que compõem uma substância se movem, maior será a temperatura dessa substância.

O que é calor?

Agora, vamos falar sobre o calor. Conforme as substâncias são aquecidas no fogão, no microondas ou pelo sol, a energia é adicionada à substância. O calor pode ser definido como a quantidade total de energia contida na substância. Onde a temperatura reflete a quantidade média de energia cinética, o calor reflete a energia total. Por exemplo, dois litros de água fervente têm a mesma temperatura que um litro de água fervente. No entanto, dois litros contêm mais calor – ou seja, mais energia total.

Calor e temperatura estão relacionados

Agora, vamos considerar a relação entre temperatura e calor. Conforme as substâncias são aquecidas, a temperatura aumenta. Em outras palavras, conforme a energia é adicionada a uma substância, as moléculas que a compõem se movem mais rápido.

Diagrama de temperatura e calor

Agora, vamos fazer um diagrama das mudanças de temperatura na água à medida que o calor é aplicado à água. Isso nos ajudará a entender a relação entre calor e temperatura. Olhando para o diagrama abaixo, você verá a temperatura ao longo do eixo yea energia térmica ao longo do eixo x. Você pode ver que a temperatura aumenta conforme o calor é adicionado à água dentro de uma fase. Em outras palavras, as moléculas de água dentro do gelo se movem mais rápido.


Mudanças de fase que ocorrem quando o calor é adicionado à água
Diagrama de água de aquecimento

No entanto, a temperatura não muda conforme o calor é adicionado durante uma mudança de fase; por exemplo, quando o gelo derrete. Durante a mudança de fase, o calor adicionado não faz com que as moléculas se movam mais rápido, mas sim mais distantes. A energia térmica adicionada durante a mudança de fase é usada para superar algumas das forças que mantêm as moléculas unidas, permitindo que se afastem ainda mais umas das outras. Durante a mudança de fase, a energia térmica adicionada é armazenada como energia potencial , ou energia de posição, pois as moléculas agora estão mais separadas. Isso é como definir uma ratoeira. A energia potencial é armazenada na ratoeira quando ela é configurada; em outras palavras, quando a posição é alterada.


Quando o calor é aplicado ao gelo, as moléculas se separam em vez de se moverem mais rápido.
Moléculas de gelo se separam

Conforme o calor é aplicado à água líquida, as moléculas se movem mais rápido e a temperatura aumenta novamente. Durante a mudança de fase de líquido para gasoso, o calor adicionado é armazenado nas moléculas como, mais uma vez, energia potencial, e a temperatura permanece constante. O calor adicionado é usado para superar as forças restantes que mantêm as moléculas juntas dentro do líquido. Isso permite que as moléculas se separem ainda mais e formem um gás. Mais uma vez, a energia térmica durante a mudança de fase é armazenada como energia potencial.

Aplicação da relação temperatura e calor

Vamos aplicar o que acabamos de aprender sobre a relação entre temperatura e calor à natureza. As equipes da estrada adicionarão sal à estrada para derreter o gelo. Como acabamos de aprender, adicionar calor a uma substância faz com que ela derreta, então como o sal faz com que o gelo sólido derreta em água líquida? A resposta é que o sal reduz o ponto de fusão da água. O ponto de fusão da água pura é de 0 graus Celsius. A água salgada tem um ponto de fusão mais baixo e, quanto mais sal for adicionado, mais o ponto de fusão diminuirá. Portanto, a temperatura deve ser mais fria para congelar a água salgada. Um equívoco comum é que o sal realmente aquece o gelo e faz com que ele derreta. O sal não altera a temperatura do gelo; em vez disso, o sal diminui o ponto de derretimento da água, fazendo com que o gelo sólido derreta.

Muito bem, então – que efeito o sal tem no ponto de ebulição da água? O ponto de ebulição da água pura é 100 graus Celsius. O sal adicionado à água aumenta o ponto de ebulição. Em geral, é importante lembrar que impurezas, como o sal adicionado à água, alteram os pontos de fusão e de ebulição dos compostos.

Resumo da lição

Em revisão, a temperatura de uma substância aumenta à medida que é aquecida. Temperatura é a energia cinética média da substância, onde energia é a capacidade de realizar trabalho. Calor é a energia total contida em uma substância. Conforme um sólido é aquecido, sua temperatura aumenta à medida que as moléculas se movem mais rapidamente. Durante a mudança de fase , quando o sólido se funde em líquido, sua temperatura permanece constante, pois a energia térmica é armazenada como energia potencial. Da mesma forma, conforme o calor é adicionado a um líquido, sua temperatura aumenta à medida que as moléculas, mais uma vez, se movem mais rápido. Quando o líquido atinge o ponto de ebulição e ferve, a temperatura permanece constante, pois, mais uma vez, o calor adicionado é armazenado como energia potencial durante a mudança de fase. Finalmente, as impurezas mudarão o ponto de fusão e o ponto de ebulição dos compostos.

Resultados de Aprendizagem

Depois de assistir a este vídeo, você será capaz de:

  • Diferencie entre calor e temperatura
  • Descreva o que acontece durante uma mudança de fase
  • Reconhecer que adicionar impurezas aos compostos muda os pontos de fusão e ebulição