Propriedades de uma substância pura

Definição

Uma substância pura é aquela que apresenta composição química fixa, como por exemplo, água, nitrogênio, dióxido de carbono, etc. As substâncias puras existem em diferentes fases, sólida, líquida e gasosa. Mesmo dentro de uma fase a substância pode ter diversas configurações moleculares que as diferencia, exemplo carbono diamante e grafite. Além disso, várias fases podem coexistir como, por exemplo, gelo (sólida) e água (líquida) num mesmo recipiente. A pressão e a temperatura tem grande importância na mudança das fases, a água a 120°C encontra-se no estado de vapor a pressão ambiente, mas no estado líquido se pressurizada em uma panela de pressão.

Processos de mudanças de fase de substâncias puras

Há situações em que duas fases de uma substância pura coexistem em equilíbrio. Por exemplo, a água existe com uma mistura de líquido e vapor numa caldeira ou num caondensador.

Líquido comprimido e líquido saturado

Considerando um cilíndro com um pistão contendo água líquida a 20ºC e 1 atm, nestas condições, a água existe na fase líquida (líquido comprimido, qualquer líquido que se encontra a uma determinada pressão e temperatura e que nessas condições encontra-se em estado líquido.)

Com o aumento da temperatura a água líquida expande-se ligeiramente e o volume específico aumenta. Para se adaptar a esta expansão o pistão move-se ligeiramente para cima. Quanto mais calor for transferido para o sistema maior o aumento de temperatura até se atingir os 100ºC.

Neste ponto, a água é ainda líquida, mas qualquer adição de calor provoca que algum líquido passe a vapor. Um líquido que está prestes a evaporar é chamado de líquido saturado.

Vapor saturado e vapor superaquecido

Quando a ebulição se inicia, a temperatura para de aumentar até o líquido estar completamente vaporizado. A temperatura mantêm-se constante durante o processo de mudança de fase, se a pressão se mantiver constante.

Quando a última gota de água líquida se vaporiza temos o ponto de vapor saturado. A partir desse ponto de continuarmos a aquecer o vapor volta a tem um acréscimo de temperatura e é chamado de vapor superaquecido.

Gráficos que mostram a relação entre pressão-volume-temperatura:

O primeiro gráfico mostrado é para a água e à medida que a pressão aumenta precisa-se de mais temperatura para poder iniciar a vaporização.

Quando a pressão atinge aproximadamente 22 Mpa não há mais uma linha de transformação líquido-vapor, mas sim um ponto. Esse ponto é chamado de ponto crítico e é onde os pontos de líquido saturado e vapor saturado se encontram.

No segundo gráfico é mostrada a linha de líquido saturado a esquerda, que separa a região de líquido comprimido da região de transformação líquido-vapor. Essa linha de líquido saturado se estende até o ponto crítico, sendo que depois desse ponto a linha da direita é chamada de vapor saturado. A linha de vapor separa a região de mistura líquido-vapor da região de vapor superaquecido.

Diagrama completo :