Experiência 2:curva de aquecimento da água

A segunda experiência realizada por nosso grupo, tem como objetivo, analisar o processo de aquecimento no qual a água passa até entrar em estado de ebulição. Mas antes de falarmos sobre a experiência, vamos falar um pouco sobre o assunto.

Introdução ao assunto: conceitos importantes

Diagrama de fases

Dentre as propriedades físicas que caracterizam uma substância, temos as temperaturas nas quais ocorrem as mudanças de estado:

Durante uma mudança de estado, há um equilíbrio entre as fases envolvidas, e a temperatura permanece constante.
Sob diferentes pressões, essas mudanças de fase ocorrem em diferentes temperaturas. Sob determinadas condições de pressão e temperatura, os três estados físicos podem coexistir, em equilíbrio, conforme esquema ao lado.
Essa situação em que se dá o que chamamos de ponto triplo, em que é característico de cada substância u solução. Numa dada temperatura e variando- se pressões pode- se determinar o estado físico em que a substância se encontra numa dada pressão.Repetindo o processo em diferentes temperaturas, obtemos os dados necessários para construir um gráfico denominado diagrama de fases, conforme esquema a seguir:
Cada uma das curvas do diagrama indica as condições de pressão e temperatura nas quais duas fases estão em equilíbrio.
As áreas delimitadas por essas linhas representam as condições de pressão e temperatura nas quais uma substância existe em um único estado físico.
O ponto determinado pela intersecção das três linhas é o ponto triplo e indica uma condição única de pressão e temperatura na qual encontramos as três fases em equilíbrio.
Pressão máxima de vapor e a temperatura de ebulição
Quando um líquido é aquecido em recipiente aberto, no seu interior formam- se bolhas constituídas do vapor do líquido.
Para que essas bolhas escapem do líquido, é necessário que sua pressão seja, no mínimo, igual à pressão atmosférica.
Assim um líquido ferve , entra em ebulição. À temperatura na qual a pressão máxima de vapor se iguala à pressão exercida sobre sua superfície, ou seja, à pressão atmosférica.

Curva de aquecimento

A curva de aquecimento na mais é do que um levantamento de dados. Pega-se uma amostra no estado sólido a uma determinada temperatura e submete-se a mesma a um aquecimento constante. A amostra sólida vai aquecendo até que começa a fundir. Transformada em líquido continua aquecendo até entrar em ebulição. Mesmo depois de transformada em gás, pode continuar sendo aquecida. Tomando nota das temperaturas de tempos em tempos, podemos construir o seguinte gráfico:

É importante notarmos dois patamares de temperatura: um corresponde ao ponto de fusão e o outro ao de ebulição. Outra coisa a ser lembrada: em temperaturas inferiores ao ponto de fusão a amostra é sólida; em temperatura entre o ponto de fusão e o de ebulição é líquida; em temperaturas acima do ponto de ebulição a amostra á gasosa. Exatamente no ponto de fusão coexistem as fases sólida e líquida e, exatamente no ponto de ebulição coexistem as fases líquida e gasosa.

Misturas

O levantamento da curva de aquecimento também nos dá outra informação importante. Ela nos diz se nossa amostra é uma substância pura ou uma mistura. Como? Pela análise dos patamares que se formam no PF (ponto de fusão) e PE (ponto de ebulição).
Se ambos, PF e PE, apresentarem temperatura constante, como no gráfico anterior, podemos afirmar que a amostra é uma substância pura. Se um deles ou os dois apresentarem variação, trata-se de uma mistura.

A experiência

A experiência consistia em acompanhar passo a passo o aquecimento da água e posteriormente montar o gráfico da curva de aquecimento da água.

Procedimento

Materiais

• Água;
• Termômetro;
• Bico de Bunsen;
• Tripé;
• Béquer.

Sequência e resultado

Primeiramente colocamos a quantidade necessária de água no Béquer, depois reservamos e colocamos o termômetro para marcar a temperatura inicial. O termômetro ficou medindo a temperatura inicial durante 2 minutos, a temperatura encontrada durante todo esse processo foi de 25o C.
Decorrido esse tempo preparamos o tripé e o bico de Bunsen. Após colocamos o Béquer sobre o tripé e começamos a anotar a evolução da temperatura de 30 em 30 segundos.
A tabela abaixo apresenta a evolução da temperatura:

*Obs1: m = minuto e s = segundo
*Obs2: o tempo da tabela acima, só leva em consideração o tempo no qual o Béquer passou no fogo. Portanto os dois minutos iniciais não estão apresentados na tabela a cima.

Depois disso com base nesses dados, montamos o seguinte gráfico:

*Obs: este gráfico foi montado a partir das informações da tabela acima, portanto ele não leva em consideração , os 2 minutos iniciais, no qual o béquer não estava no fogo.

Conclusão

Em nossa experiência nós somente analisamos a mudança do estado físico do líquido para o gasoso. Outra coisa, não foi possível, pois não havia tempo suficiente, para analisarmos como seria a progressão da temperatura e a mudança de estado após a água atingir 100o C.
Porém com base no que conseguimos, podemos concluir que a temperatura se elevou de maneira progressiva até 14 minutos e 30 segundos (dados retirados da tabela acima), pois após isso percebermos que a temperatura começa a variar, ela sobre e desce. Veja a tabela para melhor visualização da situação.
Isso pode ter ocorrido por diversos motivos:

• Pureza da água: se água utilizada tivesse alguma substância misturada à ela, essa substância iria influenciar e o desenvolvimento da elevação da temperatura, retardando ou acelerando o processo;
• Falha no fornecimento de calor: talvez o bico de Bunsen apresentou alguma falha no fornecimento de calor, causando assim variação no fornecimento de calor, que consequentemente iria fazer com que a temperatura variasse.
  Pressão: talvez a pressão do ambiente da experiência tenha exercido forças que tenham causado a variação da temperatura;
• Erro humano: o nós mesmos na hora de coletar o resultado podemos ter errado, o que causou uma variação no resultado.