Um engenheiro estuda o processo de resfriamento de um fluido, assumido como uma substância pura, em um trocador de calor. Sabe-se que a substância possui uma temperatura de ebulição de 100 °C a uma pressão de 1 atm. Nesse estudo, o engenheiro elabora as afirmativas a seguir. I. Mantendo a temperatura de 100°C e elevando-se a pressão, o fluido passa ao estado líquido. II. Mantendo-se a pressão e aumentando a temperatura, o fluido passa ao estado gasoso. III. As fases sólida, líquida e gasosa não podem coexistir. Está correto apenas o que se afirma em:
- A)I;
A alternativa sustenta que somente a afirmativa I está correta, isto é, que a 100°C o aumento da pressão pode levar o fluido da fase vapor para a fase líquida. Esse raciocínio até condiz com a relação pressão-temperatura de equilíbrio de uma substância pura, mas fica incompleto porque a afirmativa II também descreve corretamente o comportamento do fluido ao ser aquecido sob pressão constante. Como o ponto de ebulição é 100°C a 1 atm, o aquecimento isobárico leva à vaporização, então não é possível isolar apenas a I.
- B)II;
Aqui se afirma que só a afirmativa II estaria correta, isto é, que mantendo a pressão constante e elevando a temperatura o fluido passa ao estado gasoso. Essa ideia é compatível com o processo de ebulição de uma substância pura a 1 atm, pois ao atingir 100°C ocorre a vaporização. O erro é ignorar que a afirmativa I também está correta, já que aumentar a pressão a temperatura constante, acima da pressão de saturação, favorece a condensação.
- C)III;
Esta opção diz que apenas a afirmativa III estaria correta, ou seja, que sólido, líquido e gás não poderiam coexistir. Isso contraria um conceito clássico de termodinâmica: uma substância pura pode apresentar coexistência de três fases no ponto triplo, em equilíbrio. Portanto, a afirmativa III é falsa e a alternativa erra ao tratá-la como a única verdadeira.
- D)I e II;
A alternativa reúne as afirmativas I e II, que são precisamente as corretas. Na I, a compressão a 100°C pode deslocar o equilíbrio para a fase líquida; na II, o aquecimento a pressão constante em 1 atm conduz à ebulição e à fase gasosa. A afirmativa III é que está errada, porque substâncias puras podem sim ter coexistência de sólido, líquido e vapor no ponto triplo.
- E)II e III.
Esta opção seleciona as afirmativas II e III, ou seja, admite a vaporização a pressão constante, mas também afirma que as três fases não podem coexistir. O problema é duplo: a III é falsa, porque o ponto triplo é justamente a condição em que sólido, líquido e gás coexistem em equilíbrio, e a I também é verdadeira ao indicar a condensação por aumento de pressão a temperatura constante. Assim, a composição da alternativa não corresponde ao comportamento termodinâmico descrito.
Gabarito: D
Quando voce fala de substancia pura, a ideia central é simples: temperatura e pressão determinam a fase. No caso da agua, por exemplo, a 1 atm ela ferve a 100 °C. Se voce mantiver a temperatura em 100 °C e aumentar a pressão, o ponto de saturação muda e o vapor tende a condensar, voltando ao estado liquido. Por isso a afirmativa I esta correta. A afirmativa II também esta correta porque, mantendo a pressão constante e aumentando a temperatura, o fluido pode atingir a temperatura de ebulição e passar para a fase gasosa. Em linguagem de prova, isso é o comportamento esperado de uma substancia pura ao atravessar a curva de saturação no diagrama de fases. Ja a III esta errada. Uma substancia pura pode sim ter coexistencia de fases em equilibrio, como solido-liquido, liquido-vapor e, no ponto triplo, as tres fases ao mesmo tempo. Esse é um fato classico de Termodinamica e cai muito em concurso: fase coexistindo nao é excecao, é assunto obrigatorio. Assim, o gabarito D esta correto porque apenas as afirmativas I e II estao certas. Se voce pensou que aumentar a pressão sempre “impede” mudança de fase, cuidado: aqui o efeito é justamente favorecer a condensação quando a temperatura fica fixa.