Em um laboratório de pesquisa, mediu-se a temperatura na qual um certo gás se liquefez, encontrando um valor extremamente baixo. Qual dos valores seguintes poderia ter sido encontrado? Explique.
a)
b) -15 K
c)
a)
b) -15 K
c)
Passo 1
O enunciado apresenta três medições de temperatura e pede que eu indique qual delas poderia ter sido registrada para a temperatura de liquefação de um gás. As opções dadas são:
- a)
- b)
- c)
O pedido é escolher qual dos valores pode ser fisicamente possível (ou seja, compatível com a escala absoluta de temperatura).
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar a relação entre as escalas Celsius e Kelvin, que é a fórmula básica que permite comparar valores em ambas as escalas. A relação é:
onde:
-
é a temperatura em Kelvin ( ); -
é a temperatura em graus Celsius ( ).
Além disso, na escala Kelvin o zero absoluto é, que corresponde a . Isso significa que, para temperaturas de sistemas usuais (gases em laboratório), o valor em Kelvin não pode ser negativo: . Então, qualquer valor que leve a é fisicamente impossível no sentido convencional de temperatura absoluta.
Passo 3
Converto a opção (a) para Kelvin para verificar se é possível:
Obtivemos
, ou seja, negativo. Como explicado no passo anterior, uma temperatura de
na escala Kelvin é fisicamente impossível para a temperatura absoluta de um gás no sentido usual. Logo, a opção (a) não pode ser correta.
Passo 4
A opção (b) é dada diretamente em Kelvin:
Isso já é um valor negativo na escala absoluta. Pelo mesmo motivo do passo anterior,
é impossível para a temperatura absoluta de um gás em condições usuais. Portanto a opção (b) também não pode ser correta.
Passo 5
Agora converto a opção (c) para Kelvin:
Aqui
é um valor positivo e maior que zero, portanto é fisicamente possível. Além disso, é um valor coerente com a liquefação de certos gases muito voláteis: por exemplo, o ponto de ebulição do hidrogênio é aproximadamente
(ou
), então
é compatível com a liquefação de hidrogênio — isto é, um valor extremamente baixo, porém possível.
Passo 6
Conclusão: as opções (a) e (b) são impossíveis porque correspondem a temperaturas absolutas negativas; a opção (c) corresponde a
, que é positiva e fisicamente possível para a liquefação de um gás muito volátil. Fica também uma observação curta: em contextos avançados existe o conceito de “temperaturas negativas” para sistemas com espectro de energia limitado (temperatura termodinâmica efetiva negativa), mas isso não se aplica aqui — em um laboratório típico de gases, negativo em Kelvin significa impossível.
Resposta
c)