Exercícios: As mudanças de estado físico

Copia e completa o esquema com o nome de cada mudança de estado:

1. a) De sólido a líquido: $\dots$
2. b) De líquido a gás: $\dots$
3. c) De gás a líquido: $\dots$
4. d) De líquido a sólido: $\dots$
5. e) De sólido a gás, sem passar por líquido: $\dots$

Num refrigerante com gelo, os cubos tornam-se cada vez mais pequenos até desaparecerem. Que mudança de estado sofreu o gelo? Indica o estado inicial, o estado final e o nome da mudança de estado.

Ao ferver água numa chaleira, sai vapor pelo bico. Como se chama a mudança de estado de líquido para gás? Dá outro exemplo da vida quotidiana no qual ocorra essa mesma mudança.

Ao tomares banho com água quente, o espelho da casa de banho fica embaciado e coberto de gotículas. Que mudança de estado sofre o vapor de água ao tocar no espelho frio? Escreve o seu nome e o seu sentido (de que estado para que estado).

Para fazer gelo em casa, o Leo enche com água uma forma e coloca-a no congelador. Que mudança de estado sofre a água? Escreve o seu nome e o seu sentido (de que estado para que estado).

As bolas de cânfora colocadas nos armários contra a traça vão diminuindo pouco a pouco sem molhar nada em redor: passam diretamente de sólido a gás. Como se chama essa mudança de estado?

A que temperatura se funde o gelo? E a que temperatura ferve a água ao nível do mar? Exprime-as em graus Celsius.

O Tomás aquece um tacho com gelo e água e observa o termómetro: enquanto houver gelo por fundir, a temperatura não sobe. A figura mostra a montagem.

O que acontece à temperatura de uma substância enquanto decorre uma mudança de estado? Sobe, desce ou mantém-se constante?

Identifica a mudança de estado que ocorre em cada caso e justifica se a substância absorve calor do ambiente ou se o liberta:

1. a) O orvalho da manhã: gotículas de água sobre a relva.
2. b) A roupa molhada que seca ao sol.
3. c) A parafina líquida de uma vela que se torna sólida quando a apagas.

A Inês aquece gelo picado acabado de sair do congelador a $-10\ ^\circ\text{C}$ e mede a temperatura a cada minuto: primeiro sobe até $0\ ^\circ\text{C}$; depois mantém-se constante em $0\ ^\circ\text{C}$ durante $6\ \text{min}$ enquanto surge água líquida; por fim, volta a subir. A figura mostra o gráfico temperatura-tempo obtido pela Inês.

1. a) Em que troço existe apenas gelo?
2. b) O que está a acontecer durante o patamar horizontal a $0\ ^\circ\text{C}$? Em que estados físicos se encontra a água nesse troço?

A panela da avó ferve e o termómetro de cozinha marca $100\ ^\circ\text{C}$. Aumentas a chama para o máximo e o vapor sai com mais força, mas o termómetro continua a marcar $100\ ^\circ\text{C}$, como se mostra na figura.

1. a) Que mudança de estado está a ocorrer?
2. b) Se recebe mais calor, por que razão a temperatura não sobe? Em que está a ser utilizada essa energia?

Uma poça na rua seca ao sol a $20\ ^\circ\text{C}$ sem que a água ferva. Pelo contrário, a água de uma panela só ferve quando atinge os $100\ ^\circ\text{C}$. Em ambos os casos, a água passa de líquido a gás. Explica a diferença entre evaporação e ebulição: que fração do líquido se transforma em gás em cada caso e a que temperaturas pode ocorrer cada uma?

Depois de lavares o chão da cozinha, queres que seque o mais depressa possível. Secará mais depressa num dia quente ou num dia frio? Abrir a janela para que corra ar ajuda? Dá duas razões, pensando no que ajuda as partículas de água a escapar da superfície do chão.

Quando te desinfetam uma ferida com álcool, a pele fica seca em segundos e notas uma sensação de frio nessa zona.

1. a) Que mudança de estado sofre o álcool sobre a pele?
2. b) A vaporização necessita de calor para ocorrer: de onde é que o álcool o retira? Por que razão notas frio?

Numa manhã muito fria, o para-brisas do carro amanhece coberto de geada: o vapor de água do ar passou diretamente a gelo, sem ter sido líquido antes. Que mudança de estado é essa? Em que se parece e em que difere da formação do orvalho?

Após um nevão, segue-se uma semana fria e seca, sem que a temperatura suba acima de $0\ ^\circ\text{C}$. Ainda assim, a neve do passeio diminui dia após dia sem molhar o chão. Que mudança de estado explica que a neve desapareça sem derreter? Explica-a.

Numa atividade experimental no laboratório, aquece-se um tacho com gelo a $-5\ ^\circ\text{C}$ com uma chama constante e anota-se a temperatura a cada minuto: a temperatura sobe e atinge os $0\ ^\circ\text{C}$ no minuto $2$; mantém-se a $0\ ^\circ\text{C}$ até ao minuto $10$; depois volta a subir até aos $100\ ^\circ\text{C}$, que atinge no minuto $20$, e aí permanece enquanto a água ferve.

1. a) Descreve como seria o gráfico temperatura-tempo: que troços ascendentes e que troços horizontais (patamares) tem, e a que temperaturas estão.
2. b) Em que estado físico se encontra a água no minuto $5$? E no minuto $15$?
3. c) Quantos minutos durou a fusão do gelo?
4. d) O que está a acontecer em cada patamar? Por que razão a temperatura não sobe neles, embora a chama continue acesa?

Ao aquecer uma substância desconhecida, o seu gráfico temperatura-tempo apresenta dois patamares: um a $50\ ^\circ\text{C}$ e outro a $120\ ^\circ\text{C}$, como se mostra na figura.

1. a) O que significa cada patamar?
2. b) Em que estado físico se encontra a substância a $25\ ^\circ\text{C}$? E a $90\ ^\circ\text{C}$?
3. c) Poderá tratar-se de água? Explica por que razão os pontos de fusão e de ebulição servem para identificar substâncias.

Num refúgio de montanha a $2000\ \text{m}$ de altitude, a água ferve a cerca de $93\ ^\circ\text{C}$, porque a pressão do ar é menor do que ao nível do mar.

1. a) Achas que um ovo cozido se faz aí mais depressa ou mais devagar do que na praia? Justifica a resposta.
2. b) Numa panela de pressão ocorre o contrário: a água ferve acima de $100\ ^\circ\text{C}$. Por que razão é que a comida coze mais depressa nela?

Nos concertos usa-se gelo seco (dióxido de carbono sólido, muito frio) para criar uma nuvem branca que cobre o chão do palco.

1. a) O gelo seco passa diretamente de sólido a gás sem fundir: como se chama essa mudança de estado?
2. b) A nuvem branca não é o dióxido de carbono, que é invisível, mas sim gotículas de água que se formam quando o vapor de água do ar arrefece junto a ele: que mudança de estado sofre esse vapor de água? Explica a sequência completa de mudanças que produz a nuvem.

Uma queimadura com vapor de água a $100\ ^\circ\text{C}$ é mais grave do que uma queimadura com água a ferver a $100\ ^\circ\text{C}$, embora ambos estejam à mesma temperatura. Pista: ao tocar na pele, o vapor primeiro condensa-se e passa a líquido. Usa a pista para explicar por que razão o vapor liberta mais calor para a pele do que a água a ferver.

Colocas um copo com água a $20\ ^\circ\text{C}$ no congelador, que está a $-18\ ^\circ\text{C}$.

1. a) Descreve como seria o gráfico de arrefecimento da água: que troços descendentes e que troço horizontal (patamar) teria, e a que temperatura estaria o patamar.
2. b) Que mudança de estado ocorre durante esse patamar?
3. c) Se repetires a experiência com o dobro da água, o patamar durará mais ou menos tempo? Justifica a resposta.

No inverno, o Duarte estende a roupa molhada dentro de casa. A roupa demora muito a secar e, ao fim de algumas horas, os vidros das janelas aparecem embaciados.

1. a) Que mudança de estado sofre a água da roupa?
2. b) De onde saem as gotículas das janelas? Explica o percurso da água desde a roupa até ao vidro, referindo as duas mudanças de estado que ocorrem.
3. c) Propõe duas formas de acelerar a secagem da roupa e justifica-as.

O álcool etílico ferve a $78\ ^\circ\text{C}$. No laboratório aqueces ao mesmo tempo, com a mesma chama, um copo com água e outro com a mesma quantidade de álcool, ambos à mesma temperatura inicial.

1. a) Qual dos dois chega primeiro ao seu patamar de ebulição?
2. b) Quando ambos estão a ferver, qual está a maior temperatura?
3. c) Que propriedade característica de cada substância é evidenciada por esta experiência? Para que pode servir conhecê-la?

Desafio do tema. Por que razão não muda a temperatura enquanto o gelo derrete? Investiga o gráfico de fusão da água na tua própria cozinha.

1. Mede com o termómetro a temperatura ambiente atual da cozinha. Coloca vários cubos de gelo com um pouco de água num copo.

2. Mede a temperatura a cada $2\text{ min}$ com um termómetro de cozinha (incerteza de $\pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$) agitando com cuidado, até que todo o gelo funda e durante mais $4\text{ min}$.

3. Regista as medições numa tabela com as respetivas incertezas ($t \pm 1\text{ s}$, $T \pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$) e traça o gráfico da temperatura em função do tempo, identificando o patamar térmico da mudança de estado.

4. Redige um breve relatório científico explicando, segundo a teoria cinético-molecular, o que acontece com a energia cinética, as forças de coesão e a organização das partículas no patamar e na subida posterior até à temperatura ambiente.

Será valorizado:

• Registo rigoroso de dados com as respetivas incertezas e traçado correto do gráfico.

• Identificação precisa da mudança de estado e do patamar de fusão.

• Explicação coerente do fenómeno utilizando o modelo cinético-molecular.