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Caderno dos Professores

Para quem quer ensinar e muitas vezes se pergunta como abordar um tema. Como deixar a aula interessante, como levar conhecimento aos seus alunos por meios que pedagogos lhe odiarão, mas serão amados pelos estudantes. Mais »

 

O que é Ponto Triplo?

A Natureza nunca é como gostaríamos que fosse. Ela também não é como a representamos. No verão não é sempre calor, o inverno nem sempre é tão frio assim, ainda mais quando a gente faz o favor de jogar toneladas de gases de efeito estufa na atmosfera. Também estudamos que existem 3 estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Estudamos que cada um é cada um e que ponto de fusão "é quando" (odeio esta expressão) a água congela e ponto de ebulição é quando (Irc!) a água ferve.

Então, aparece o vídeo abaixo e zua com a cabeça e too mundo. O que diabos está acontecendo? Vá na estante, assopre a poeira e abra o Livro dos Porquês, que você sempre ignora quando eu não o menciono.

Não, a Natureza não pirou. Não, não é o Apocalipse. Não, um portal dimensional não irá se abrir e kaijus virão devorar o seu almoço (já que, para os kaijus russos, o almoço é VOCÊ).

Primeiro, não existem só 3 estados físicos. Ainda temos o plasma, e alguns outros que não nos interessam agora. Segundo, a transformação entre estes estados físicos não ocorrem da maneira como você pensa, e ponto de ebulição pouco tem a ver com isso.

O ponto de fusão não é quando a água congela. Não é quando alguma coisa congela. Muito pelo contrário! Ponto de fusão é o estado termodinâmico em que uma substância se funde, ou seja, passa do estado sólido para o líquido. Para substâncias puras, a temperatura do ponto de fusão é igual à do ponto e congelamento. Mas, claro, a Natureza continua não seguindo as SUAS regras, e sim as dela. O ágar, por exemplo, tem ponto de fusão de 85 °C , mas o bandido se solidifica a 31 °C.

E não, gente. Diferente do que se lê nestes sites "educacionais" a função do ponto de fusão não é garantir que a substância tenha um menor volume. Ponto de Fusão não é um camarão gigante, pronto para tomar conta de nosso mundo, como nos livros do H.P. Lovecraft.

O ponto de fusão ocorre porque ocorre fusão (duh!). Você sabe (ou deveria saber) que moléculas estão sempre em movimento. Quanto mais energia você cede a elas, mais rápido elas se mexem. Energia essa que pode ser radiante, ionizante, térmica, luminosa etc. Vai depender muito da substância.

Pense que você e seus amigos estão lindamente ordenados em fila, com os pés descalços sobre uma imensa placa de metal. Então, o cientista sádico (MUA-HAHA!) começa a aquecer a placa. Quando mais calo ele cede, mais rápido vocês, meus ratinhos de laboratório, ficarão pulando (MUAHAHAHAHAHAHA). Cada um começará a se distanciar do outro, o que fará o seu grupo ocupar um espaço maior. Ou seja, o volume aumentará, mas a massa será a mesma. É por isso que os gases aquecidos aumentam o volume (lembrando que esses gases estão sob um ambiente de 3 dimensões). Maior volume, mesma massa. Claro, a densidade será menor, o que o fará subir para as camadas mais altas da atmosfera e é por isso que balões de ar-quente sobem e aparelhos de ar-condicionado devem ser colocados no alto.

Por outro lado, quando se diminui a temperatura, as moléculas do gás diminuirão a velocidade de choque, ficando cada vez mais juntinhas e passando ao estado líquido. Mas, claro, eu posso fazer isso sem necessariamente diminuir a temperatura. Eu posso aumentar a pressão. Aumentando a pressão, eu obrigo as moléculas a ficarem mais juntas, fazendo o sistema passar pro estado líquido. Quanto maior a pressão, mais energia eu terei que ceder ao líquido para que ele possa passar ao estado de vapor.

É por causa disso que eu cozinho (mas não o lavo) mais rápido com panelas de pressão. No ponto de ebulição, a água não aumentará de temperatura enquanto todo o líquido não passar para o estado de vapor. Com o aumento da pressão, o ponto de ebulição é muito mais alto, assim, a temperatura no interior da panela é muito maior que 100 ºC, o que fará o alimento cozinhar mais rápido, pois reações químicas se processam mais rápido com o calor, que é um agente catalisador, mas isso não é regra para todas as reações, não. Ok?)

No caso do ponto de fusão, os efeitos da pressão são bem menos pronunciados (apesar de existirem). No caso da água, os cristais de gelo formados aumentam de volume. Isso porque a curva de densidade aponta que a densidade máxima da água é a 4 ºC. Isso por causa de como os cristais de gelo se formam, que nunca é igual, como podemos ver em cristais de neve.

Isso é devido à melhor forma de perder calor e forma de geometria espacial das moléculas e água. Para piorar isso tudo, devo salientar uma coisa: a fórmula da água NÃO É H2O. H2O é a fórmula mínima. Por causa das ligações de hidrogênio (que chamam erroneamente de "Pontes de Hidrogênio),a fórmula tende a ser um tanto mais complexa espacialmente, mas sempre respeitando a proporção 2:1 entre hidrogênio e oxigênio.

Assim como no caso do ponto de ebulição, no ponto de fusão a temperatura se manterá a mesma enquanto todo o sólido não tiver passado pro estado líquido (ou todo líquido não passar pro estado sólido). O problema é quando entramos com mais um fator: pressão atmosférica circundante.

Quando juntamos os 3: pressão atmosférica, ponto de fusão e ponto de ebulição, obtemos o chamado Diagrama de Fases:

Vemos como a pressão influencia os pontos de fusão e ebulição. Aquele ponto marcado como "ponto crítico" é o estado termodinâmico em que um determinado vapor passa a se tornar um gás, em que não bastará apenas aumentar a pressão para que ele se transforme em líquido. Gás é uma coisa, vapor é outra.

O outro ponto assinalado é o Ponto Triplo. É a maluquice em que as fases líquida, sólida e vapor existem ao mesmo tempo, isto é, a pressão e temperatura estão tão baixas que o líquido congela, entra em ebulição, volta a ficar líquido, congela de novo, volta ao líquido, vira vapor, condensa, etc etc e… hã… etc..

É isso que vemos no vídeo. A substância é o ciclohexano, que possui ponto de fusão igual a 6,55 °C, ponto de ebulição de 80,74 °C e ponto triplo em 6,33 °C com uma pressão de 5,318 x 10–2 atm (sim, não usei as unidades do SI. Me processe!). Dá até pra ouvir a bomba de vácuo.


Você já deve ter visto este vídeo por aí. Todos os geniais blogueiros mostrando o vídeo e dizendo "Tão vendo? Isso é ponto triplo". Grandes merdas! Isso faz diferença entre o Ceticismo.net e os demais blogs, muitos com muito mais visitação que o meu. Os outros mostram videozinho, pessoal diz "First" ou "que maneiro", para depois irem ver foto de gatinho. Eu dou a vocês conhecimento e informação e, claro, pessoas que querem  isso são poucas. E é para essas pessoas que eu escrevo. É pra vocês!

Sobre André Carvalho

και γνωσεσθε την αληθειαν και η αληθεια ελευθερωσει υμας

  • Lucio Candido

    André muito legal o vídeo e sua explicação é ainda melhor. Suas palavras em negrito ao final do texto demonstram bem que aqui é um local para quem quer conhecimento e não certas babaquices que vemos por aí. Gostaria de agradecer a ti por trazer e divulgar conhecimento desta forma.

    Vejo que você produz muitos textos para cá, um desses mesmo você demora quanto tempo para escrever? Abraços.

    Administrador André respondeu:

    Depende da minha preguiça. Tenho artigos que estou “escrevendo” há 2 anos e ainda não terminei. O de hoje demorou umas 4h.

  • Avelino de Almeida Bego

    Como é bom ver a explicação de alguém que entende do que está falando.
    Valeu, André.

  • Avelino de Almeida Bego

    Estes artigos educativos são excelentes. Sei que o tempo é cruel contigo, André, mas eles sempre são bem-vindos.
    Fiquei curioso com essa questão da fórmula mínima da água.

    Lucio Candido respondeu:

    @Avelino de Almeida Bego,

    A fórmula mínima é a menor proporção de inteiros dos átomos que compõem uma determinada molécula. No caso da água como André falou as ligações de hidrogênio existentes na água fazem com que não possamos citar simplesmente H2O.

    André pelo fato de cada molécula de água realizar 4 ligações de hidrogênio como poderíamos citar a fórmula? Abraço.

  • PianoCat

    Ótimo artigo André! Eu nunca havia ouvido falar em Ponto Triplo.. É muito interessante mas deu um nó no meu cérebro. 😯 Parece feitiçaria!

    Você saberia dizer se existem outras substâncias que apresentam esse comportamento surreal? Ou seria o caso que TODAS as substâncias possuem um ‘sweet spot’ de Ponto Triplo?

    Administrador André respondeu:

    Existem trilhões de substâncias químicas, muitas como o hidrogênio, extremamente difícil de se liquefazer, quanto mais solidificar.

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