Ao fornecermos calor a um objeto qualquer nem sempre verificaremos um aumento de sua temperatura.
Escolha uma opçāo:
◯ Verdadeiro
◯ Falso
A capacidade calorífica molar de quase todos os sólidos elementares apresentam valores aproximadamente iguais.
Escolha uma opção:
◯ Verdadeiro
◯ Falso
Uma amostra de 1 kg de chumbo possui menos átomos do que uma amostra de 1 kg de oxigênio.
Escolha uma opção:
◯ Verdadeiro
◯ Falso
◯ Verdadeiro
◯ Falso
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado pede e as três afirmações que devemos classificar como verdadeiro ou falso.
- Afirmação 1: “Ao fornecermos calor a um objeto qualquer nem sempre verificaremos um aumento de sua temperatura.”
- Afirmação 2: “A capacidade calorífica molar de quase todos os sólidos elementares apresentam valores aproximadamente iguais.”
- Afirmação 3: “Uma amostra de 1 kg de chumbo possui menos átomos do que uma amostra de 1 kg de oxigênio.”
O que é pedido: para cada uma das três afirmações, decidir se é
ou
e justificar didaticamente. Não há outros dados numéricos no enunciado.
Passo 2
Afirmação 1: discutir o que é calor e temperatura e quando o calor não aumenta a temperatura.
-
Conceitos essenciais:
- Calor
é energia transferida por diferença de temperatura entre sistemas. - Temperatura
mede o grau de agitação média das partículas; um aumento de energia térmica nem sempre causa aumento de se a energia for gasta em outra forma (ex.: mudança de fase). - Para mudança de temperatura sem mudança de fase, vale a relação
ondeé a massa do corpo, é a capacidade térmica (calor específico) e é a variação de temperatura. - Para mudança de fase (fusão, vaporização, solidificação), a energia necessária é dada por
ondeé o calor latente (energia por unidade de massa) e, durante a mudança de fase, a temperatura permanece constante apesar de entrar calor. - Calor
-
Exemplos concretos e intuição:
- Ao aquecer gelo a
, o calor fornecido vai derreter o gelo; a temperatura fica até toda a fusão terminar — portanto há transferência de calor sem aumento de temperatura. - Em processos onde o sistema realiza trabalho (por exemplo, expansão que faz trabalho contra pressão), parte da energia térmica pode ir para trabalho e a temperatura pode não aumentar como esperado.
- Em reações químicas endotérmicas também o calor pode ser consumido sem aumento de
.
- Ao aquecer gelo a
Conclusão do passo: por causa das mudanças de fase (latente) e outras situações em que o calor não eleva a energia térmica média que determina
, a afirmação 1 é verdadeira.
Passo 3
Afirmação 2: explicar a lei de Dulong–Petit e porque muitos sólidos têm capacidades molares semelhantes, com ressalvas.
-
O que é capacidade calorífica molar:
- A capacidade calorífica molar
é a quantidade de calor necessária para elevar em kelvin a temperatura de mol de substância. - Unidade usual:
.
- A capacidade calorífica molar
-
Lei de Dulong–Petit (intuição e fórmula):
- Para muitos sólidos elementares à temperatura ambiente, a teoria clássica prevê que cada átomo contribui com
graus de liberdade de energia (movimentos de translação no retículo) e, pela equipartição, cada grau contribui com para a energia interna por mol. Isso leva à capacidade calorífica molar aproximada
ondeé a constante dos gases ideais . Assim - Isso explica por que “quase todos os sólidos elementares apresentam valores aproximadamente iguais” — muitos ficam perto de
.
- Para muitos sólidos elementares à temperatura ambiente, a teoria clássica prevê que cada átomo contribui com
-
Ressonâncias e limitações:
- Em temperaturas muito baixas (regime quântico) e para átomos leves fortemente ligados (ex.: diamante, berílio), quantização das vibrações faz
ficar bem abaixo de . Portanto existem exceções, mas a regra geral à temperatura ambiente costuma valer.
- Em temperaturas muito baixas (regime quântico) e para átomos leves fortemente ligados (ex.: diamante, berílio), quantização das vibrações faz
Conclusão do passo: pela lei de Dulong–Petit e dentro das condições típicas (temperatura ambiente) a afirmação 2 é verdadeira, com a ressalva de exceções a baixas temperaturas ou para sólidos com propriedades quânticas específicas.
Passo 4
Afirmação 3: comparar o número de átomos em
de chumbo e
de oxigênio usando mols e número de Avogadro.
-
Fórmula e definições:
- Número de mols
é
ondeé a massa da amostra e é a massa molar (em ). - Número de átomos
(se o elemento é monoatômico; para é só adaptar) é
ondeé o número de Avogadro . - Número de mols
-
Valores usados:
- Massa da amostra
(pois ). - Massa molar aproximada do chumbo:
. - Massa molar do oxigênio (átomo):
. (Se a amostra for molecular, e cada mol de contém átomos; o resultado final em número de átomos de oxigênio é o mesmo que usar .)
- Massa da amostra
-
Cálculo para chumbo:
- Cálculo para oxigênio (átomos):
- Comparação:
Portanto de chumbo realmente contém muito menos átomos que de oxigênio, porque o chumbo tem massa molar muito maior (cada mol pesa muito mais), então há menos mols na mesma massa.
Conclusão do passo: a afirmação 3 é verdadeira.
Resposta
Verdadeiro
Verdadeiro
Verdadeiro
Verdadeiro
Verdadeiro