Propriedades Térmicas e Elétrica da Água

Propriedades Térmicas e Elétrica da Água

Térmicas

Calor específico sensível: A finalidade desta quantidade é medir a quantidade de calor que uma determinada quantidade de substância precisa receber para sofrer um determinado aquecimento. Para a água são necessários 4180J de calor para que 1 litro sofra um aquecimento de 1°C. Isto equivale dizer que para que 1 g de água sofra um aquecimento de 1°C, a massa de água deve receber 1 caloria (cal). 1 cal = 4,18 J e, portanto 1 kcal = 4180 J. Das substâncias do nosso cotidiano a água possui o maior calor específico. Isto posto o contato com água gelada, principalmente a imersão total de um ser vivo em água gelada implica em grande perda de calor, se compararmos, por exemplo, com o ar. A unidade usual para o calor específico sensível é o cal/g.ºC.[pic 2]

Alguns calores específicos

Substância	cal/g.ºC
Água	1,0
Álcool etílico	0,6
Alumínio	0,22
Ar	0,24
Carbono	0,12
Chumbo	0,031
Cobre	0,091
Ferro	0,11
Latão	0,092
Madeira	0,42
Mercúrio	0,033
Ouro	0,032
Oxigênio	0,22
Prata	0,056
Rochas	≈ 0,21
Vidro	0,16

Calor latente: Sua finalidade é medir a quantidade de calor, por unidade de massa, necessária para efetuar uma mudança de estado físico. Para água sofrer fusão (sólido para líquido), a pressão normal (1atm), a temperatura de fusão será de 0°C e o calor latente será de 80 cal/g. Para ebulição (líquido para gasoso), a pressão normal, a temperatura será de 100°C e o calor latente será de 540 cal/g. Quanto menor a pressão sofre a substância menor o calor latente. A evaporação é uma mudança de estado físico com semelhança a ebulição. No entanto, enquanto que nesta última, a substância toda precisa se aquecer, na evaporação apenas a superfície do líquido ganha energia. Como a energia se conserva, para que um líquido evapore, o ambiente em torno precisa fornecer esta energia. Desta forma está associado ao processo de evaporação o resfriamento de seu entorno ambiental.

Ponto tríplice ou ponto triplo: Ponto gráfico determinado pelas coordenadas de pressão e temperatura, que indicam as condições para que uma substância apresente simultaneamente os três estados físicos clássicos. Possui a propriedade de possuir a menor pressão na qual a substância pode existir em estado líquido. Para a água: 4,58 mmHg a 0,01°C. Para o dióxido de carbono a pressão do ponto triplo é de 5atm.[pic 3]

Diagrama de fases

[pic 4]

Regelo: É a capacidade que a água líquida possui de retornar ao estado sólido, depois de ser liquefeita com pressão, na medida em que esta última é reduzida. É importante observar que a liquefação com pressão não é uma propriedade de todas as substâncias. Este fenômeno foi descoberto por John Tyndall (1820-1893), físico inglês que estudou também a marcha dos glaciares^[1].

Superfusão: É a capacidade que um líquido possui de permanecer líquido, em uma pressão e temperatura na qual a substância já estaria sólida. Isto ocorre muito com refrigerantes e cervejas. As substâncias dissolvidas em água dificultam a formação da rede cristalina que forma o estado sólido. Na fotografia da direita o tiossulfato de sódio^[2] se encontra no estado de superfusão, isto é, ainda líqüido apesar de a sua temperatura ser 37oC, dez graus abaixo do seu ponto de solidificação. A fotografia da direita mostra o tiossulfato já parcialmente cristalizado. O intervalo de tempo entre as duas fotos é de alguns segundos; um pequeno cristal de tiossulfato foi lançado dentro do líqüido, desencadeando a solidificação e a súbita elevação da temperatura para 47ºC. (Foto de autoria de Fernando Lang Silveira, professor do instituto de Física da UFRGS).[pic 5]

Comportamento anômalo do congelamento da água: A curva de fusão (linha gráfica que separa os estados sólido e líquido, em um diagrama de estados) da maioria das substâncias é uma curva crescente, ou seja, quanto maior a pressão exercida sobre a substância, maior seu ponto de fusão. No entanto, a água, o ferro, o bismuto e antimônio possuem a curva ligeiramente decrescente, o que significa que o aumento de pressão reduz a temperatura de fusão e conseqüentemente o aumento de pressão tende a liquefazer estas substâncias. Como efeito colateral, estas quatro substâncias, dilatam-se quando resfriadas a partir de uma determinada temperatura, de modo que sua fase sólida é menos densa que sua fase líquida, e desta forma, a fase sólida pode flutuar sobre a fase líquida. Para a água a temperatura de maior densidade, em sua fase líquida, sob pressão normal, é de 4 °C. Abaixo desta temperatura a densidade da água diminui, ou seja, para uma dada massa de água seu volume aumenta. Conseqüentemente uma garrafa de vidro colocada em um congelador tende a se quebrar.