Em um diagrama de fases, por que a linha que separa as fases gasosa e líquida se finda em vez de ir para pressão e temperatura infinitas?
A linha líquido/gás de um diagrama de fases termina no ponto crítico, a temperatura e pressão além das quais as fases gasosa e líquida são indistinguíveis. Em temperaturas superiores à temperatura crítica, um gás não pode ser liquefeito, independentemente da pressão.

Passo 1

O enunciado pergunta por que, num diagrama de fases pressão–temperatura de uma substância pura, a curva de coexistência entre líquido e vapor não se estende até pressões e temperaturas infinitas, mas termina num ponto finito (ponto crítico). O conteúdo aqui é termodinâmica de fases e transições de primeira ordem que, ao atingir o ponto crítico, deixam de existir.

Passo 2

Em equilíbrio de fases líquida e gasosa temos igualdade de potencial químico em cada fase, o que leva à equação de Clapeyron:
\frac{dP}{dT} = \frac{\Delta s}{\Delta v} = \frac{\Delta h_\text{vap}}{T\,\Delta v},
onde \Delta v = v_\text{vapor}-v_\text{líquido}í. Essa relação define a inclinação da curva de coexistência no diagrama P–T.

Passo 3

À medida que a temperatura sobe em direção à temperatura crítica T_c, as densidades (e, portanto, os volumes específicos) do líquido e do vapor se aproximam, de modo que
\Delta v \to 0.
Quando \Delta v se anula, a expressão de Clapeyron deixa de fazer sentido para distinguir as duas fases: elas passam a ter as mesmas propriedades (densidade, entalpia etc.).

Passo 4

No ponto crítico (T_c,P_c) ocorre exatamente isso— \rho_\text{líquido}=\rho_\text{vapor}í—e a transição de primeira ordem (com descontinuidade de densidade) desaparece. Acima de T_c não há mais distinção clara entre líquido e gás, formando-se o fluido supercrítico.

Resposta

A linha líquido–gás acaba no ponto crítico porque ali a diferença de volume (ou densidade) entre as duas fases vai a zero, tornando-as indistinguíveis. Para T>T_c não existe mais transição de fase líquido↔vapor independentemente de quanta pressão seja aplicada.

Exercícios relacionados