Enunciado

O diagrama de fases do hélio é mostrado abaixo. (a) Qual é a temperatura máxima na qual o hélio-II superfluido pode existir? (b) Qual é a pressão mínima na qual o hélio sólido pode existir? (c) Qual o ponto de ebulição normal do hélio-I? (d) Será que o hélio sólido pode sublimar?

Passo 1

Para resolver o item a, vamos dar um zoom no gráfico, na parte em que nos foi pedido, ou seja, a parte em que a temperatura do hélio-II é máxima. Se a gente reparar, a linha que separa o hélio II do hélio II está ligeiramente torta para a esquerda, e a parte onde a Temperatura é maior é na divisão líquido-gás. Portanto, vamos dar um valor aproximado.

Com o zoom, prolongando a linha, percebe-se que o valor da Temperatura máxima é aproximadamente 2,4 K.

Passo 2

No item b, a pressão mínima em que o hélio sólido pode existir é o lugar mínimo onde a linha superior tocaria o eixo y (eixo da pressão). Para obter a resposta é só prolongar a linha que separa a parte líquida/sólido até o eixo y.

Dando o zoom na área descrita:

Prolongando a linha, percebemos que a pressão mínima é aproximadamente 10 atm.

Passo 3

No item c, nos é pedido o ponto de ebulição normal do hélio I. Lembrando que o ponto de ebulição é onde a substância passa do líquido para o gás. Iremos até a linha de separação entre as duas fases e prolongaremos o ponto até o eixo das temperaturas.

Atenção, neste caso existem dois pontos de ebulição normal, mas apenas um para o hélio I.

Temos que a temperatura é aproximadamente 5,5 K

Passo 4

No último item, temos a pergunta se o sólido pode sublimar.

Bem, primeiramente, vamos lembrar que a sublimação é a mudança do estado sólido para o gasoso. Porém, observando o gráfico, percebemos que a linha do gás e do sólido nunca se cruzam, portanto, esse fenômeno é termodinamicamente impossível.

Resposta

(a) 2,4 K

(b) 10 atm

(c) 5,5 K

(d) Não.

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