Enunciado

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Use o diagrama de fases do Carbono, do exercício 9.16 para (a) Descrever as transições de fase que o carbono experimentaria se fosse comprimido, em temperatura de 2000K de 100 atm até 1x 106 atm; (b) classificar o diamante, a grafita e as fases líquido do carbono na ordem crescente de densidade.

Passo 1

Vamos começar subindo uma reta vertical na Temperatura de 2000 K, que foi a especificada para ocorrer a compressão sugerida no item a.

Nesta temperatura, a única transformação que ocorre é a da grafita virando diamante, que ocorre na intercessão da linha azul, com a laranja (entre as regiões da grafita e do diamante).

Esse ponto ocorre aproximadamente em 6 GPa.

Agora, nos resta confirmar se isso ocorre no intervalo de pressões dado, já que ocorre uma divergência de unidades aqui.

Bem, fomos informados pelo gráfico da questão 9.16 do livro que:

10000 atm – 1 GPa

Logo, 100000 atm – 10 GPa

Pronto, a pressão em questão está no intervalo que queremos, então já temos a descrição do fenômeno que ocorre.

Recaptulando: A grafita se torna diamante na pressão de 6GPa

Passo 2

O segundo item pede que nós comparemos as densidades de acordo com o gráfico que nos foi dado.

Faremos isso, observando a inclinação do gráfico.

Sabemos que: Uma inclinação do limite sólido-líquido, por exemplo, mostra a densidade do sólido e do líquido.

Uma inclinação negativa, indica, por exemplo, que o líquido é mais denso. Já, uma positiva, indica que o sólido é mais denso.

Vamos então, aplicar esse conhecimento neste exemplo.

Passo 3

Em que pressão a grafita se funde a 3000 K?

Primeiro, lembrando que fundir é o fenômeno onde uma substância passa do estado sólido para o líquido. Ou seja, em qual pressão a grafita se transforma em líquido, considerando a temperatura de 3000 K.

Subindo uma reta, acharemos um ponto triplo dessa interceção.

Observamos, que se seguirmos a linha azul, não temos uma interseção dela com a curva dos líquidos, portanto, é termodinamicamente impossível a fusão da grafita na temperatura de 3000 K, independente da pressão.

Primeiro inclinação diamante – líquido. A inclinação é negativa, logo, o carbono líquido é mais denso que o diamante. A inclinação grafita/líquido é positiva, logo, a Grafita é mais densa que o Carbono líquido. Portanto, conclui-se que o mais denso é a grafita, seguida do carbono líquido e o menos denso é o diamante.

Resposta

(a) A grafita se torna diamante na pressão de 6GPa

(b) O mais denso é a grafita, seguida do carbono líquido e o menos denso é o diamante.

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