Considere a vaporização da água líquida em vapor à pressão de 1 atm. a) esse processo é endotérmico ou exotérmico? b) em que faixa de temperatura ele é um processo espontâneo? c) em que faixa de temperatura ele é um processo não espontâneo? d) que temperatura as duas fases estão em equilíbio? R: a) endotérmico; b) a
ou acima de
; c) abaixo de
; d)
Passo 1
Beleza, vamos resolver essa questão sobre a vaporização da água líquida em vapor à pressão de 1 atm. A gente vai precisar entender um pouco sobre termodinâmica, especificamente sobre processos endotérmicos e exotérmicos, além de saber sobre espontaneidade dos processos e equilíbrio de fases. Vamos lá!
Passo 2
a) Esse processo é endotérmico ou exotérmico?
Quando a água passa do estado líquido para o vapor, ela precisa absorver energia do ambiente para quebrar as ligações entre as moléculas de água. Isso significa que o processo requer calor. Processos que absorvem calor são chamados de endotérmicos. Então, a vaporização da água é endotérmica.
Passo 3
b) Em que faixa de temperatura ele é um processo espontâneo?
Um processo espontâneo é aquele que ocorre sem necessidade de intervenção externa, baseado nas condições do sistema. A vaporização da água se torna espontânea quando a água tem energia suficiente para se transformar em vapor. Sabemos que a água ferve a 100°C à pressão de 1 atm. Acima dessa temperatura, as moléculas têm energia suficiente para se separar facilmente. Portanto, a vaporização é espontânea a 100°C ou acima de 100°C.
Passo 4
c) Em que faixa de temperatura ele é um processo não espontâneo?
Se a temperatura está abaixo de 100°C, a água não tem energia suficiente para se vaporizar de forma espontânea. Nesse caso, o processo de vaporização não ocorre por si só. Assim, a vaporização é não espontânea abaixo de 100°C.
Passo 5
d) Que temperatura as duas fases estão em equilíbrio?
O equilíbrio entre as duas fases—líquido e vapor—ocorre exatamente na temperatura de ebulição da água à pressão dada. Nesse ponto, as taxas de vaporização e condensação são iguais. Portanto, as duas fases estão em equilíbrio a 100°C.
Resposta
a) Endotérmico;
b) A
ou acima de
;
c) Abaixo de
;
d)
.