Enunciado

Uma peça de aço inoxidável de massa 155,7 g, aquecida até 475 ° C, foi rapidamente imersa em 25,34 g de gelo a -24° C, em um frasco isolado que foi imediatamente selado.

(a) Se não houver perda de energia para a vizinhança, qual será a temperatura final do sistema? (b) Que fases de água estarão presentes e em que quantidades, quando o sistema atingir a temperatura final?

Dados: calores específicos:do gelo ( 2,03   J / g ∙ ℃ );do aço inox ( 0,51 J / g ∙ ℃ )

Passo 1

Pra esse tipo de exercício, em que temos dados de massa, em gramas, temperaturas inicial ou final do processo, em ° C, e os valores de calor específico, fica fácil saber que vamos usar a fórmula do “que macete”: Q = m ∙ c ∙ ∆ T .

Passo 2

(a)Como queremos a temperatura final do sistema, abrimos o termo ∆ T em T f - T i , e isolamos esse termo pras expressões de calor de ambas as substâncias: aço e gelo. E, aqui, como o sistema é isolado, consideraremos que todo o calor liberado por uma das substâncias será 100% absorvido pela outra: assim, escrevemos: Q a ç o + Q g e l o = 0 .

Q a ç o = 155,7 ∙ 0,51 ∙ ( T f - 475 )

Q g e l o = 25,34 ∙ 2,03 ∙ ( T f + 24 )

Juntamos as duas expressões, somando-as, e igualando- as a zero:

155,7 ∙ 0,51 ∙ T f - 475 + 25,34 ∙ 2,03 ∙ T f + 24 = 0

Desenvolvemos:

79,41 ∙ T f - 37718 + 51,44 ∙ T f + 1234,6 = 0

130,9 ∙ T f = 36483

∴ T f ≅ 279 ℃

Passo 3

(b)Sendo a temperatura final de 279° C, e a água fervendo em 100° C, obviamente teremos água no estado gasoso, apenas, dentro do recipiente. E, em relação à massa, haverá exatamente os 25,34 g de água – que no início eram gelo – pois o recipiente é isolado, ou seja, não existe perda de massa e nem de energia para as vizinhanças.

Resposta

(a) ∴ T f ≅ 279 ℃

(b) Fase de gás. 25,34 g.

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