A água sofre transições de fase sem que ocorra variação da pressão externa. A figura representa a ocorrência dessas transições em um laboratório.
Tendo como base as transições de fase representadas (1 a 4), a quantidade de energia absorvida na etapa 2 é igual à quantidade de energia
A) liberada na etapa 4.
B) absorvida na etapa 3.
C) liberada na etapa 3.
D) absorvida na etapa 1.
E) liberada na etapa 1.
Resolução em texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão (em letras comuns, sem destaque):
Física (Calorimetria, Mudanças de Fase), Interpretação de Gráficos/Esquemas
Nível da Questão (em letras comuns, sem destaque):
Médio
Gabarito (em letras comuns, sem destaque):
E) liberada na etapa 1
Tema/Objetivo Geral (em letras comuns, sem destaque):
Comparar as quantidades de energia envolvidas nas mudanças de fase da água (vaporização, condensação, fusão e solidificação) sob a mesma pressão externa, identificando quais transições requerem energia (absorção) e quais liberam energia, bem como a equivalência entre valores em processos inversos.
🔷 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
Comando da Questão:
“Observando as transições de fase indicadas no esquema (1 a 4) e considerando que não há variação de pressão, ‘a quantidade de energia absorvida na etapa 2 é igual a… ?’”
Explicação Detalhada:
O diagrama mostra:
- Entre Vapor de água e Água líquida: etapas 1 e 2.
- Entre Água líquida e Gelo: etapas 3 e 4.
As setas 1 e 2 representam as mudanças de fase entre vapor e líquido:
- Etapa 1: vapor → líquido (condensação), libera energia.
- Etapa 2: líquido → vapor (vaporização), absorve energia.
As setas 3 e 4 representam as mudanças de fase entre líquido e sólido:
- Etapa 3: líquido → sólido (solidificação), libera energia.
- Etapa 4: sólido → líquido (fusão), absorve energia.
A questão aponta especificamente: “A energia absorvida na etapa 2 é igual à energia…?” Com base nos processos inversos (vaporização ↔ condensação, fusão ↔ solidificação), sabemos que, sob as mesmas condições de pressão, a quantidade de energia absorvida na vaporização (etapa 2) tem o mesmo valor que a energia liberada na condensação, isto é, etapa 1.
🔷 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
- Mudanças de Fase:
- Vaporização (líquido → vapor) é um processo endotérmico (absorve energia).
- Condensação (vapor → líquido) é o processo inverso, exotérmico (libera energia).
- Fusão (sólido → líquido) é endotérmico.
- Solidificação (líquido → sólido) é exotérmico.
- Igualdade de Energias entre Processos Inversos:
- A magnitude da energia (calor latente) necessária para uma substância mudar de fase (p.ex., líquido para vapor) é a mesma que ela libera ao retornar a essa fase inicial (vapor para líquido), sob pressão constante.
Exemplo Prático:
- Para evaporar 1 g de água (a 100 °C, 1 atm) são necessários ~540 cal. Para condensar esse mesmo 1 g de vapor de água a 100 °C, liberam-se os mesmos ~540 cal.
🔷 Passo 3: Tradução e Interpretação do Esquema
“Temos:
- Etapa 1: vapor → líquido (condensação)
- Etapa 2: líquido → vapor (vaporização)
- Etapa 3: líquido → sólido (solidificação)
- Etapa 4: sólido → líquido (fusão)
Qual etapa é equivalente em valor de energia à absorvida em 2?”
Conclusão Parcial:
A quantidade de energia absorvida na vaporização (etapa 2) é a mesma que a liberada na condensação (etapa 1).
🔷 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio
- Etapa 2 (vaporização) = processo endotérmico, a água líquida precisa de calor para se tornar vapor.
- O processo inverso de vaporização é a condensação (etapa 1).
- Logo, a energia absorvida na etapa 2 = energia liberada na etapa 1, em mesmas condições de pressão.
🔷 Passo 5: Análise das Alternativas (ou Argumentos) e Resolução
Letra a) “liberada na etapa 4” → etapa 4 é fusão (sólido → líquido), que é endotérmica, não se libera energia. Errado.
Letra b) “absorvida na etapa 3” → etapa 3 é solidificação (líquido → sólido), que libera energia, não absorve. Errado.
Letra c) “liberada na etapa 3” → sim, mas etapa 2 é vaporização e etapa 3 é solidificação. Não são processos inversos. Errado.
Letra d) “absorvida na etapa 1” → etapa 1 é condensação, que libera, não absorve. Errado.
Letra e) “liberada na etapa 1” → exato, condensação é exo e corresponde ao inverso da vaporização. Correto.
Escolha Correta: (E) liberada na etapa 1.
🔷 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
Resumo do Raciocínio:
No esquema, a etapa 2 (vaporização) absorve energia. O processo inverso é a etapa 1 (condensação), que libera a mesma quantidade de energia, sob as mesmas condições de pressão.
Reafirmação da Alternativa Correta:
E) liberada na etapa 1
Resumo Final:
A energia absorvida para vaporizar a água (etapa 2) é numericamente igual à energia liberada ao condensá-la (etapa 1), o que confirma a alternativa (E).
