Fala Gás Nobre, hoje falaremos do diagrama de mudanças de estado físico, também chamado de diagrama de fases, que é utilizado para medir e determinar o estado físico (sólido, líquido, gasoso) da substância em diferentes valores de temperatura e pressão.
O diagrama de fases é um modelo gráfico utilizado para medir as diferentes temperaturas e pressões em que ocorrem as mudanças de estado físico. Com esse diagrama também é possível determinarmos as faixas de temperatura e pressão em podemos encontrar 2 ou 3 estados físicos em equilíbrio, chamado de ponto triplo.
O diagrama de fases é utilizado em diversas áreas, como por exemplo: físico-química, física, geologia, mineralogia, engenharia de materiais, entre outras.
De forma geral, ele delimita regiões de valores de temperatura e pressão onde a substância irá se encontrar em cada um dos 3 estados físicos e nas faixas em que 2 ou mais destes estados estarão em equilíbrio. Ou seja, na fase de mudança de estado físico.
O diagrama de mudança de estado físico, ou simplesmente diagrama de fases, é composto por 3 regiões. Cada uma destas regiões divide os pontos onde encontraremos as substâncias nos seus diferentes estados da matéria (sólido, líquido e gasoso).
De forma geral, esses diagramas são representados por 2 eixos (x e y). O eixo x, localizado na horizontal, representa os valores de temperatura (T). Já o eixo y, localizado na vertical, representa os valores de pressão.
Leia mais em:
Pressão, Volume e Temperatura: O que você precisa saber
Temperatura de Fusão e Ebulição
O gráfico ainda apresenta as curvas de fusão, vaporização e sublimação, que são as regiões onde ocorrem as mudanças de estado físico. Também apresenta os chamados ponto triplo e ponto crítico.
Vamos falar de cada um desses elementos a seguir:
Vamos lembrar brevemente de quais são os processos de mudança de estado físico:
Fusão: Sólido → Líquido
Solidificação: Líquido → Sólido
Vaporização: Líquido → Gasoso
Condensação: Gasoso → Líquido
Sublimação: Sólido → Gasoso / Gasoso → Sólido
Leia mais em:
Mudanças de Estado Físico da Matéria
Aula: Introdução à Química – Matéria e Estados Físicos
De forma geral, essas curvas representam a região de mudança entre 2 estados da matéria.
Curva de fusão: Representa o equilíbrio sólido-líquido
Curva de vaporização: Representa o equilíbrio líquido-gasoso
Curva de sublimação: Representa o equilíbrio sólido-gasoso
Vamos considerar o modelo de diagrama de fases abaixo:
Neste modelo podemos identificar os valores de temperatura (T) no eixo x e os de pressão (p) no eixo y. As curvas de sublimação, fusão e vaporização estão representadas pelas curvas I, II e III respectivamente.
As mudanças de estado físico estão representadas pelas setas em laranja, que indicam cada uma das possíveis mudanças entre os estados sólido, líquido e gasoso.
Sendo: 1 – Fusão (Sólido → Líquido); 2 – Solidificação (Líquido → Sólido); 3 – Vaporização (Líquido → Gasoso); 4 – Condensação/Liquefação (Gasoso → Líquido); Tanto o processo de mudança entre Sólido para Gasoso e Gasoso para Sólido são chamados de Sublimação e estão representados por 5 e 6.
Podemos também observar no gráfico o ponto triplo, que indica o valor de pressão e temperatura em que os 3 estados físicos encontram-se em equilíbrio entre si. Isto é, variações realmente muito pequenas de pressão ou temperatura resultam na passagem de um estado físico para outro.
No gráfico, a temperatura e a pressão nesse ponto são representadas, respectivamente, por TT e pT, onde o T significa ‘triplo’, referente ao ponto.
Por exemplo, a água apresenta seu ponto triplo na temperatura de 0,01ºC e sobre 0,06atm de pressão. Com estes valores de Temperatura e pressão, encontramos a água em equilíbrio entre esses 3 estados físicos.
Além do ponto triplo, podemos encontrar no diagrama de fases o ponto crítico, que delimita o ponto onde a partir dali, não há mais distinção entre os estados líquido e gasoso. A partir deste ponto, a substância passa a apresentar características tanto de um gás como de um líquido, sendo chamada de “fluído supercrítico”.
De maneira análoga ao ponto triplo, os valores de pressão e temperatura do ponto crítico são representados, respectivamente, por pC e TC, onde C significa ‘crítico’, referente ao ponto.
Desta forma, os diagramas de fases constituem uma importante ferramenta de obtenção de dados sobre estados físicos. Como: valores de temperatura e pressão em que ocorrem mudanças entre esses estados ou em que 2 (curvas) ou os 3 (ponto triplo) destes estados encontram-se em equilíbrio, além do ponto crítico da substância.
No entanto, o modelo apresentado acima representa apenas o diagrama de fases de uma substância simples, como a água, por exemplo.
Outras áreas, como a engenharia dos materiais, a geologia, a mineralogia e a siderurgia se utilizam de diagramas de fases com ainda mais informações, pois alguns materiais, principalmente minerais, apresenta inúmeras fases de acordo com a sua composição.
Vejo o exemplo do diagrama de fases do Ferro-carbono, que vai apresentar diversas fases de acordo com a pressão, a temperatura e a sua composição, isto é, proporção de carbono e ferro presentes. Em casos assim, podemos observar vários pontos triplos e diversas curvas de equilíbrio entre fases.
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Referências
VITOI, H. A. Avaliação de Desgaste de Materiais de Rodas Ferroviárias Forjadas com Microestruturas Perlítica e Bainítica. Dissertação – UFJF, 2018.
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