Quando um líquido se cristaliza, suas moléculas tornam-se limitadas, ligadas a locais específicos no retículo cristalino. Como você poderia relacionar isto com o fato de não haver decréscimo na energia cinética molecular média, durante o processo de congelamento?

Passo 1

O enunciado diz que, durante a cristalização (mudança de fase de líquido para sólido), as moléculas passam a ocupar posições fixas no retículo cristalino, mas a energia cinética molecular média não diminui. O conteúdo aqui é termodinâmica de mudança de fase e a relação entre energia cinética média e temperatura. Vamos usar a definição de temperatura em termos de energia cinética média e o conceito de calor latente.

Passo 2

A temperatura T de um corpo está diretamente relacionada à energia cinética média translacional das moléculas por meio da equipartição de energia. Para um gás ideal, por exemplo, temos
\langle E_k\rangle = \tfrac{3}{2}\,k_B\,T
onde k_B é a constante de Boltzmann. Em qualquer substância, sólido ou líquido, a temperatura é medida pela energia cinética média das partículas (mesmo em formas vibracionais no sólido), de modo que manter T constante equivale a manter \langle E_k\rangle constante.

Passo 3

Durante o congelamento, o sistema libera calor para o ambiente, mas esse calor removido — o chamado calor latente de fusão — não altera a energia cinética média das moléculas. Em vez disso, ele reduz a energia potencial intermolecular, pois as moléculas formam ligações mais fortes e se organizam no retículo cristalino. Assim, a energia que sai do sistema diminui a energia de ligação (potencial), não a cinética.

Passo 4

No sólido, embora as moléculas fiquem “presas” em posições fixas do retículo, elas continuam a vibrar em torno desses pontos de equilíbrio. Essas vibrações constituem forma de energia cinética (e potencial) interna, cuja média corresponde exatamente à energia cinética que define a temperatura. Logo, mesmo tendo reduzido sua mobilidade de translação, as moléculas mantêm \langle E_k\rangle inalterada.

Resposta

A falta de variação da energia cinética média está diretamente ligada ao fato de que, durante a mudança de fase, a temperatura permanece constante: o calor latente removido atua na diminuição da energia potencial de ligação (formação do retículo), enquanto a energia cinética média (e portanto a temperatura) não se altera e se manifesta como vibração das moléculas no sólido.

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