Explique o que acontece no ponto crítico

Passo 1

Beleza, o enunciado é: “Explique o que acontece no ponto crítico.” Aqui a matéria é transição de fases em termodinâmica, mais especificamente o ponto crítico de uma substância pura. Para resolver a gente vai precisar:
  1. Entender o diagrama de fases (P-T ou P-V).
  2. Saber o que é ponto onde líquido e vapor se confundem.
  3. (Opcional) Usar a equação de van der Waals para mostrar as condições matemáticas desse ponto.

Passo 2

Teoria básica: num diagrama pressão versus temperatura das fases, existe uma curva de equilíbrio líquido–vapor que termina num ponto chamado crítico. Aí, a densidade do líquido e do vapor tornam-se iguais e não dá mais pra distinguir as duas fases. Em outras palavras, não existe mais interface (menisco) entre elas.

Passo 3

Se quisermos ver isso “no papel”, usamos a equação de van der Waals para o volume molar Vm:
P = RTVm - b ;-;aVm^2
No ponto crítico, a isoterma tem um ponto de inflexão, então valem:
l(partial Ppartial Vmr)T = 0el(partial^2 Ppartial Vm^2r)T = 0
Fazendo essas derivadas dá:
  1. RTc/(Vm,c-b)^2 = 2a/Vm,c^3
  2. 2RTc/(Vm,c-b)^3 = 6a/Vm,c^4
    Resolvendo o sistema sai:
Vm,c = 3b, Tc = 8a27Rb, Pc = a27b^2

Passo 4

Físico-quimicamente, no ponto crítico:
  • A “linha” que separa líquido e gás some, pois suas densidades se igualam.
  • O calor latente de vaporização vira zero (não dá mais pra “evaporar” definidamente).
  • A tensão superficial cai a zero (não há mais interface palpável).
  • O fluido entra em estado supercrítico, com propriedades intermediárias entre líquido e gás e grande difusividade.

Resposta

No ponto crítico a distinção entre fase líquida e fase vapor desaparece: eles têm mesma densidade, não há mais calor de vaporização nem interface, e o sistema vira um fluido supercrítico com comportamento intermediário entre líquido e gás.

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