Explique por que a compressão de um gás a temperatura constante pode fazer com que ele se liquefaça.
À temperatura constante, a energia cinética média de uma coleção de partículas permanece constante. A compressão aproxima as partículas e aumenta o número de colisões entre partículas. Com mais colisões, a probabilidade de atrações intermoleculares fazendo com que as partículas se juntem (liquefação) é maior.

Passo 1

O enunciado pede para explicar por que, em uma compressão de um gás feita à temperatura constante (processo isotérmico), esse gás pode mudar de fase e passar ao estado líquido. O conteúdo envolvido é o modelo cinético dos gases e as interações intermoleculares, e vamos usar conceitos de energia cinética média e de forças de atração entre partículas para entender o fenômeno.

Passo 2

Em um processo isotérmico, a temperatura T do gás permanece a mesma, portanto a energia cinética média de cada molécula também não varia. No modelo cinético dos gases ideais temos
\langle E_{\rm cin}\rangle = \tfrac{1}{2}m\langle v^2\rangle = \tfrac{3}{2}kT,
onde m é a massa da partícula, \langle v^2\rangle é a velocidade quadrática média e k é a constante de Boltzmann. Como T é constante, a tendência ao descolamento das moléculas (devido à energia cinética) permanece igual.

Passo 3

Ao comprimir o gás, reduzimos o volume disponível e as moléculas ficam mais próximas. Isso provoca duas coisas importantes:
  1. A pressão p no interior do recipiente aumenta, pois as colisões das moléculas contra as paredes ocorrem com maior frequência.
  2. A distância média intermolecular diminui, aumentando a frequência de colisões entre as próprias moléculas.

Passo 4

Quando as moléculas se aproximam suficientemente, as forças de atração intermolecular (por exemplo as forças de van der Waals) tornam-se significativas. Se essas forças de coesão superarem a tendência das moléculas a se manterem dispersas (que vem da energia cinética), elas passam a formar associações estáveis, levando à condensação do gás em líquido. Em outras palavras, a energia potencial de atração domina e faz as partículas “grudarem”, mesmo sem reduzir T.

Resposta

A compressão isotérmica aproxima tanto as moléculas que as forças de atração intermolecular passam a vencer a energia cinética constante, levando o gás à liquefação.

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