Uma amostra contendo água encontra-se em seu ponto de congelamento normal. Após ter aumentado a pressão à temperatura constante, que fase está presente?

Passo 1

O enunciado diz que temos uma amostra de água exatamente na sua temperatura de congelamento normal, isto é, T=0\,^\circ\mathrm{C} e P=1\,\mathrm{atm}, onde sólido (gelo) e líquido (água) estão em equilíbrio. Para responder qual fase permanece após aumentar a pressão à temperatura constante, vamos usar o diagrama de fases da água e a equação de Clapeyron que descreve o equilíbrio entre sólido e líquido.

Passo 2

A equação de Clapeyron para a transição fusão–solidificação é
\frac{dP}{dT} \;=\;\frac{\Delta S}{\Delta V}\;=\;\frac{\Delta H_\mathrm{fus}}{T\,\Delta V}\,.
Na fusão da água temos \Delta V = V_\text{líq}-V_\text{sol}í. Como o gelo ocupa mais volume que a água líquida V_\text{sol}>V_\text{líq}í, segue que
\Delta V<0.
Logo \frac{dP}{dT}<0, ou seja, a curva de fusão (solidificação) da água tem inclinação negativa no diagrama de fases.

Passo 3

Como a inclinação da curva fusão–solidificação é negativa, ao aumentarmos a pressão mantendo T=0\,^\circ\mathrm{C} a condição de equilíbrio desloca-se no diagrama para o lado do líquido (fase de menor volume). Isso significa que o gelo derrete sob pressão elevada à mesma temperatura.

Resposta

A fase presente será a água líquida.

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