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.
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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.
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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.
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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