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.
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:
onde
. 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
, as densidades (e, portanto, os volumes específicos) do líquido e do vapor se aproximam, de modo que
Quando
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
ocorre exatamente isso—
—e a transição de primeira ordem (com descontinuidade de densidade) desaparece. Acima de
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
não existe mais transição de fase líquido↔vapor independentemente de quanta pressão seja aplicada.