1. Você coloca uma pedra de gelo a 0^{\circ} \mathrm{C} em um recipiente com água a 0^{\circ} \mathrm{C} no interior de uma caixa de vidro e fecha a tampa. A seguir, todo o ar é retirado do interior da caixa. Se o gelo, a água e o recipiente são todos mantidos à temperatura de 0^{\circ} \mathrm{C}, descreva o estado de equilíbrio final da caixa.

Passo 1

O enunciado diz que colocamos gelo e água líquida, ambos a 0^{\circ}\mathrm{C}, num recipiente fechado de onde retiramos todo o ar, mantendo a temperatura de 0^{\circ}\mathrm{C}.
Conteúdo: equilíbrio de fases (sólido-líquido-vapor) e pressão de vapor saturado à temperatura fixa.

Passo 2

Em presença de vácuo, tanto o gelo quanto a água líquida tenderão a produzir vapor até que o sistema atinja o equilíbrio de fases. Nesse equilíbrio, a pressão parcial do vapor de água no interior do recipiente vale a pressão de vapor saturado à temperatura de 0^{\circ}\mathrm{C}.

Passo 3

A 0^{\circ}\mathrm{C} ocorre o ponto triplo da água (próximo de 273{,}16 K), em que as três fases podem coexistir. A pressão de vapor saturado nessa temperatura é
p_\mathrm{sat}(0^{\circ}\mathrm{C}) \approx 611\\ \mathrm{Pa}.

Passo 4

À medida que a água líquida evapora, a pressão do vapor sobe até p_\mathrm{sat}. Se ultrapassar esse valor, o vapor condensa—em especial sobre o gelo, pois a curva de saturação do gelo fica um pouco abaixo—e vice-versa. No fim, não há fluxo líquido de massa entre fases: gelo, água e vapor coexistem com a mesma pressão de vapor saturado.

Resposta

No equilíbrio final, dentro da caixa há simultaneamente gelo sólido, água líquida e vapor de água, todos a 0^{\circ}\mathrm{C}, e a pressão do vapor é igual à pressão de saturação da água nessa temperatura (aproximadamente 611\\ \mathrm{Pa}).

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