A patinação no gelo somente é possível devido à mudança de ...

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Q318464
Química Substâncias e suas propriedades , Transformações: Estados Físicos e Fenômenos ,
Ano: 2009 Banca: CESPE / CEBRASPE Órgão: SEDUC-CE Prova: CESPE - 2009 - SEDUC-CE - Professor - Química |
Q318464 Química
A patinação no gelo somente é possível devido à mudança de fase da água e ao efeito de fricção. Suponha que o peso de um patinador, concentrado em uma lâmina de patins, exerça uma pressão de 6,01 × 107 Pa no gelo. Considerando a equação de Clapeyron,
dP =  ΔHfdT     TΔV

em que P representa a pressão, T, a temperatura, ΔVf; variação de entalpia de fusão e ΔV. a variação de volume, e considerando também que a entalpia de fusão da água seja de 6,00 kJ/mol, que a densidade da água líquida seja de 1,00 g/cm3 , que a densidade do gelo seja de 0,90 g/cm3 , que M(H) = 1 g/mol, que M(O) = 16 g/mol e que ln x = (x - 1), assinale a opção correta:
Alternativas

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Alternativa correta: B - O gelo tem ponto de fusão igual a 267,54 K, sob a lâmina do patins.

1. Explicação do Tema Central:

Esta questão aborda a mudança de fase da água sob pressão, um tema importante em física e química. A patinação no gelo é possível devido à pressão exercida pelos patins, que reduz a temperatura de fusão do gelo. Este fenômeno é explicado pela equação de Clapeyron, que relaciona pressão, temperatura e entalpia de fusão. Compreender este conceito é crucial para resolver a questão.

2. Resumo Teórico:

A equação de Clapeyron é expressa como:

dP/dT = ΔHfusão / TΔV

Onde:

  • dP é a variação de pressão.
  • dT é a variação de temperatura.
  • ΔHfusão é a entalpia de fusão.
  • T é a temperatura em Kelvin.
  • ΔV é a variação de volume.

Quando um patinador pressiona o gelo, a pressão aumenta, reduzindo a temperatura de fusão. Com a densidade da água líquida sendo maior que a do gelo, a pressão adicional derrete o gelo para criar uma fina camada de água, facilitando o deslizamento.

3. Justificação da Alternativa Correta:

Para calcular a nova temperatura de fusão sob a pressão de 6,01 × 107 Pa, aplicamos a equação de Clapeyron. Considerando:

  • ΔHfusão = 6,00 kJ/mol
  • ΔV = Vágua - Vgelo, onde Vágua = 1/18 m3/mol e Vgelo = 1,111/18 m3/mol (calculado a partir das densidades dadas)

Substituindo os valores, encontramos que a temperatura de fusão do gelo sob pressão reduz para 267,54 K.

4. Análise das Alternativas Incorretas:

  • A: 278,46 K - Esta temperatura não condiz com os cálculos baseados na equação de Clapeyron.
  • C: 273,15 K - Esta é a temperatura de fusão do gelo à pressão normal (1 atm), não sob pressão elevada.
  • D: 277,54 K - Também não é coerente com o cálculo usando a equação de Clapeyron.

Ao analisar as opções, a única que se alinha com a teoria física e os cálculos corretos é a alternativa B.

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