O ponto de fusão de uma certa substância é
, seu ponto de ebulição é
, sua entalpia de fusão é
, sua entalpia de vaporização é
e seu calor específico (forma líquida) é
. Calcule o calor requerido para converter 100 g da substância do estado sólido a
a vapor a
.
Passo 1
O enunciado pede o calor necessário para converter
da substância do estado sólido a
até vapor a
. Os dados fornecidos são (pegos do enunciado):
- ponto de fusão:
; - ponto de ebulição:
; - entalpia de fusão:
; - entalpia de vaporização:
; - calor específico (líquido):
; - massa:
.
A pergunta é: quanto de calor
(em joules) é preciso para realizar essa transformação completa?
Passo 2
Identificar as etapas térmicas que contribuem para o calor total. Como o sólido já está em
, que é o ponto de fusão, não há necessidade de aquecer o sólido antes de fundir. As contribuições são, em ordem:
- calor para fundir o sólido a
(entalpia de fusão); - calor para aquecer o líquido de
até (calor sensível do líquido); - calor para vaporizar o líquido a
(entalpia de vaporização).
O calor total será a soma dessas três parcelas:
Passo 3
Fórmula para calor de mudança de fase (fusão ou vaporização): a quantidade de calor necessária para uma mudança de fase é proporcional à massa:
onde
é a massa (em
) e
é a entalpia específica da mudança de fase (em
). As unidades se cancelam para dar joules.
Aplicaremos isso para fusão e vaporização.
Passo 4
Calcular o calor de fusão:
Passo 5
Fórmula para calor sensível (aquecimento sem mudança de fase):
onde
é a massa (em
),
é o calor específico (em
) e
é a variação de temperatura (em
ou
, pois a diferença é a mesma).
Aqui,
Logo
Calculemos:
portanto
Passo 6
Calcular o calor de vaporização:
Passo 7
Somar todas as contribuições para obter o calor total:
Fazendo a soma:
Em unidades mais usuais:
Passo 8
Checagem rápida das ordens de grandeza: a maior parcela veio do aquecimento do líquido (
), o que faz sentido pois a variação de temperatura é grande (
). Valores e unidades estão consistentes.