Como encontrar quantidade de calor para transformar uma massa de gelo em vapor de água

Escrito por john brennan | Traduzido por luiz neves
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Como encontrar quantidade de calor para transformar uma massa de gelo em vapor de água
O derretimento é um processo endotérmico (ice image by Dmitriy Goncharenko from Fotolia.com)

As moléculas de um sólido ou líquido se mantêm unidas por forças intermoleculares; superar essas forças e quebrar essas interações consome energia. A fusão e a vaporização são processos endotérmicos, o que significa que as substâncias absorvem calor do ambiente à medida que se derretem ou evaporam. Se assumirmos que a capacidade calorífica é mais ou menos constante — uma suposição bastante plausível em uma varia de 0 a 100 graus Celsius — o cálculo da quantidade de calor necessária para derreter um cubo de gelo e evaporá-lo é bastante simples.

Nível de dificuldade:
Moderadamente fácil

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Instruções

  1. 1

    Encontre a massa do bloco de gelo que se quer derreter e vaporizar. Caso se esteja trabalhando com o problema como um exercício de escola, esse valor geralmente lhe será dado.

  2. 2

    Multiplique a massa do gelo (em quilogramas) pelo calor de fusão da água (em quilojoules por quilograma). O calor de fusão é de 334 kj/kg. Sua resposta será a quantidade de energia necessária para derreter o gelo; as unidades devem estar em quilojoules.

  3. 3

    Multiplique a massa da água por 4,184 joules por quilograma kelvin (o calor específico da água) e por 100 kelvin (a diferença de temperatura entre o ponto de fusão e o ponto de ebulição da água). Sua resposta será a quantidade de energia necessária para aquecer o gelo derretido até o ponto de ebulição; as unidades devem estar em quilojoules.

  4. 4

    Multiplique a massa de água pelo calor latente de vaporização, 2257 quilojoules por quilograma. Sua resposta será a quantidade de energia necessária, em quilojoules, para vaporizar a água.

  5. 5

    Some todos os três valores para obter a solução final.

Dicas & Advertências

  • Note que estamos assumindo que o ponto de ebulição da água é de 100 graus Celsius, que é o ponto de ebulição no nível do mar (geralmente uma suposição bastante plausível). Se essa mudança de estado físico não estiver acontecendo na pressão atmosférica, pode-se calcular o novo ponto de ebulição usando a equação de Clausius-Clayperon, ln (P2/P1) = ( dH / R ) ( (1/T1) - (1/T2) ), onde R é a constante dos gases ideais. A ebulição ocorre quando a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão atmosférica — logo, se fizer P2 igual à pressão atmosférica, podemos encontrar T2 se já soubermos a entalpia associada com a vaporização e a pressão de vapor em outra temperatura para a mesma substância.

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