Sob que condições você pode ter dióxido de carbono líquido?
Passo 1
O que o enunciado pergunta: “Sob que condições você pode ter dióxido de carbono líquido?”\n
Informações relevantes que vamos usar (valores aproximados e padrão da literatura):\n
Informações relevantes que vamos usar (valores aproximados e padrão da literatura):\n
- Temperatura do ponto triplo de
: (ou ).\n - Pressão do ponto triplo de
: (aprox. ).\n - Temperatura crítica de
: (ou ).\n - Pressão crítica de
: (aprox. ).\n
Observação prática que vou usar depois: o dióxido de carbono sólido (“gelo seco”) sublima à pressão atmosférica; portanto emnão existe CO líquido.
Passo 2
O que é preciso entender sobre fases e diagrama
-
, de um jeito didático:\n
- Um diagrama de fases mostra que fase é estável para cada par de pressão
e temperatura .\n - Ponto triplo: é o único par
em que sólido, líquido e gás coexistem em equilíbrio. Para esse par é dado acima. Abaixo de a fase líquida não existe, por mais que aumentemos a pressão.\n - Ponto crítico: acima de
não existe mais distinção entre líquido e gás; obtém‑se um fluido supercrítico em vez de líquido. Portanto, para existir líquido a temperatura tem que ser menor que .\n - Curva de vapor (ou pressão de saturação)
: para cada temperatura entre e existe uma pressão de equilíbrio entre vapor e líquido; se a pressão do sistema for maior que e , a fase líquida é estável.\n
Essencial: para ter líquido temos que estar numa região do diagrama entre a linha sólido–líquido (acima do triplo) e abaixo da linha crítico, e comsuficientemente alto para vencer a pressão de vapor.
Passo 3
Por que em pressão atmosférica (
) o
não vira líquido:\n
- A pressão atmosférica
é muito menor que .\n - Para temperaturas usuais (por exemplo
, ponto de sublimação do gelo seco a ), o equilíbrio é entre sólido e gás: o sólido sublima diretamente, porque a linha sólido–gás cruza antes de qualquer possibilidade de líquido.\n
Conclusão didática: a menos que você aumente a pressão acima de, não existe estado líquido de CO .
Passo 4
Condicionando matematicamente / logicamente quando o líquido existe:\n
- Condição necessária sobre temperatura:\n
Isto significa que a temperatura deve ser maior que o ponto triplo (senão a fase líquida não existe) e menor que a temperatura crítica (senão o fluido é supercrítico, não líquido).\n
- Condição necessária sobre pressão:\n
onde
é a pressão de vapor do
à temperatura
. Em particular sempre vale
quando
está logo acima de
.\n
Resumo prático da condição: para obter CO líquido você precisa escolher uma temperatura entre
e
e então aplicar uma pressão maior que a pressão de saturação nessa temperatura.
Resumo prático da condição: para obter CO
Passo 5
Explicando o que é
de um jeito simples e como usá‑lo na prova:\n
-
(pressão de saturação) é a pressão que o vapor exerce em equilíbrio com o líquido à temperatura . Se o líquido evapora; se o vapor se condensa em líquido.\n - Um modelo simplificado que aparece em provas é a equação de Clausius–Clapeyron em forma integrada aproximada:\n
onde
é o calor latente de vaporização (por mol),
a constante dos gases e
uma constante de integração. Aqui você deve saber que: maior
→ maior
. Não precisa decorar
para
na maioria das provas; basta entender o sentido físico.\n
- Na prática de laboratório/indústria: para
ambiente (digamos ), a pressão necessária para manter CO líquido é bastante alta (ordem de dezenas de bar). É por isso que cilindros de CO armazenam líquido a pressões típicas de cerca de – a temperatura ambiente.
Passo 6
Exemplos práticos e como produzir CO
líquido (passo a passo conceitual):\n
- Método 1 (compressão isotérmica abaixo de
): aqueça/esteja em uma temperatura tal que (por exemplo ), comprima o gás até (na prática dezenas de bar) e o vapor condensará em líquido.\n - Método 2 (resfriamento e compressão): resfrie o gás para uma temperatura mais próxima de
(por exemplo ), então a pressão necessária para liquefazer é menor (porque decresce com ), e comprima até superar .\n - O que NÃO funciona: manter
e tentar resfriar para algo como — aí o CO vira sólido (gelo seco), não líquido; isso é observável no dia a dia.\n - Atenção: se
(por exemplo ), mesmo aumentando a pressão você não terá líquido, terá um fluido supercrítico.
Passo 7
Resumo intuitivo e dicas de prova (modo amigável):\n
- Pense assim: para existir líquido você precisa “estar entre o triplo e o crítico” em temperatura e “estar acima da pressão de vapor” em pressão.\n
- Regra curta que costuma cair em questão conceitual de prova: “Não existe CO
líquido à pressão atmosférica; para ter líquido é preciso pressionar o gás a pressões maiores que o ponto triplo e manter a temperatura abaixo da crítica.” Isso resolve muitas questões rapidamente.\n - Se pedirem valores, use:
, , , .
Resposta
Você pode ter
líquido somente se a temperatura satisfizer
(isto é, entre
e
) e a pressão for maior que a pressão de saturação nessa temperatura (em particular
deve ser maior que
).