PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 37 do IME 2018

Prova objetiva · Química · Química: Estados físicos e mudanças de estado

Considere o diagrama de fases simples para o benzeno, em que PC é o ponto crítico e PT o ponto triplo.

Diagrama de fases do benzeno, com pressão P (atm) no eixo vertical e temperatura T (°C) no eixo horizontal. A curva de sublimação chega ao ponto triplo PT, em 5,52 °C e 0,05 atm. Desse ponto partem uma linha de fusão de inclinação positiva acentuada e a curva de vaporização, que passa por 80,1 °C e 1,0 atm e termina no ponto crítico PC, em 289 °C e 48,3 atm. Linhas tracejadas indicam essas temperaturas e pressões nos eixos.

Os pontos de fusão e de ebulição do benzeno a 1{,}0\ \text{atm} são iguais a 5{,}53\ ^\circ\text{C} e 80{,}1\ ^\circ\text{C}, respectivamente. Considere ainda, o ponto P (5{,}50\ ^\circ\text{C}, 55\ \text{atm}) como ponto de partida das transformações sequenciais discriminadas abaixo:

(1) Inicialmente, elevação da temperatura até 300\ ^\circ\text{C}, em um processo isobárico;
(2) Redução da pressão até 38\ \text{atm}, em um processo isotérmico;
(3) Redução da temperatura até 5{,}50\ ^\circ\text{C}, em um processo isobárico;
(4) Finalmente, redução da pressão até 0{,}02\ \text{atm}, em um processo isotérmico.

Assinale a alternativa que apresenta a ordem correta das mudanças de fase observadas ao longo do processo descrito.

  1. A
    Fusão, condensação, ebulição e evaporação.
  2. B
    Fusão, condensação, solidificação e sublimação.
  3. C
    Vaporização, condensação, fusão e sublimação.
  4. D
    Solidificação, ebulição, liquefação, condensação e sublimação.
  5. E
    Fusão, ebulição, condensação, solidificação e evaporação.
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Resolução comentada

Primeiro, localize o ponto P no diagrama: 5{,}50\ ^\circ\text{C} e 55\ \text{atm}. A linha de fusão tem inclinação muito acentuada. Em 55\ \text{atm} ela fica um pouco acima de 5{,}52\ ^\circ\text{C}, então P está à esquerda dela, na região do sólido.

  1. Aquecimento isobárico a 55\ \text{atm}, de 5{,}50 a 300\ ^\circ\text{C}: o sistema cruza a linha de fusão e vira líquido (fusão). Como 55\ \text{atm} > 48{,}3\ \text{atm} (pressão crítica), a curva de vaporização não é atravessada. Chega-se a 300\ ^\circ\text{C} como fluido supercrítico, sem ebulição.
  2. Redução isotérmica a 300\ ^\circ\text{C}, de 55 a 38\ \text{atm}: a temperatura está acima da crítica (289\ ^\circ\text{C}), então o sistema é um fluido supercrítico, que se comporta como gás. Termina na região de vapor, abaixo da curva de vaporização.
  3. Resfriamento isobárico a 38\ \text{atm}, de 300 a 5{,}50\ ^\circ\text{C}: como 38 < 48{,}3\ \text{atm}, cruza-se a curva de vaporização, e o vapor condensa em líquido. Continuando o resfriamento até 5{,}50\ ^\circ\text{C}, cruza-se a linha de fusão (quase vertical), e o líquido solidifica.
  4. Redução isotérmica a 5{,}50\ ^\circ\text{C}, de 38 a 0{,}02\ \text{atm}: abaixo da pressão do ponto triplo (0{,}05\ \text{atm}), o sólido passa direto a vapor, ou seja, sublima.

Ordem: fusão, condensação, solidificação, sublimação.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa A e a E enganam ao supor ebulição no aquecimento a 55 atm, esquecendo que essa pressão está acima da crítica e a curva de vaporização não é cruzada.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AInclui ebulição/evaporação, mas não termina em sublimação, e omite a solidificação.
  • CComeça com vaporização, mas P está no sólido e o primeiro passo é fusão; a pressão de 55 atm supera a crítica.
  • DComeça com solidificação, sendo que o sistema parte do sólido, e inclui ebulição que não ocorre.
  • EAdmite ebulição no passo 1, mas acima de 48,3 atm não há ebulição, só passagem ao estado supercrítico.

Assunto: Estados físicos e mudanças de estado.

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Fonte: IME 2018 · Prova objetiva. Prova oficial ↗