Mudança de fase: o que é esse processo na física?

Para que ocorra mudança de fase em uma matéria, é preciso haver uma movimentação do calor na matéria. Calor é a energia térmica em trânsito entre corpos a temperaturas diferentes. Ao ser alterado, ele pode provocar alterações no arranjo molecular dos corpos, causando mudanças de fase. Os nomes dados a elas variam conforme estados inicial e final das substâncias. 

Estados físicos da matéria

As substâncias podem se apresentar na natureza em três estados de agregação diferentes: sólido, líquido e gasoso. Os estados de agregação também são chamados de estados físicos da matéria ou fases da matéria.

No estado sólido, as partículas que constituem a substância estão distribuídas no espaço em um padrão bem organizado, ocupando posições definidas em função da grande força de atração entre elas. Sendo assim, um corpo em estado sólido possui forma e volume bem definidos.

No estado líquido, as partículas que constituem a substância não estão fortemente ligadas como no estado sólido. Assim, um corpo em estado líquido, apesar de ter um volume bem definido, não tem forma própria, já que assume a forma do recipiente em que está contido, em razão da movimentação dos átomos ou das moléculas.

No estado gasoso, as partículas que constituem a substância apresentam uma grande liberdade de movimentação e praticamente não exercem forças umas sobre as outras. Portanto, um corpo em estado gasoso não apresenta forma ou volume próprios, assumindo a forma e o volume total do recipiente em que está contido.

Pressão e temperatura

Para cada substância, o estado de agregação é determinado pela pressão e pela temperatura a que ela está submetida. Logo, existem diversos valores de pressão e de temperatura que determinam se uma substância está no estado sólido, líquido ou gasoso.

Dessa maneira, uma alteração de temperatura ou de pressão pode provocar na substância uma mudança no estado de agregação. A fusão, a vaporização e a sublimação direta são alterações de estado que ocorrem com absorção de calor (processo endotérmico); a solidificação, a condensação e a sublimação inversa são mudanças de estado que ocorrem com liberação de calor (processo exotérmico).

Fases

As principais mudanças de fase são:

• Fusão: passagem do estado sólido para o estado líquido a partir da absorção de calor;
• Solidificação: passagem do estado líquido para o estado sólido a partir da liberação de calor;
• Vaporização: passagem do estado líquido para o estado gasoso a partir da absorção de calor;
• Condensação: passagem do estado gasoso para o estado líquido a partir da liberação de calor;
• Sublimação direta: passagem do estado sólido para o estado gasoso a partir da absorção de calor;
• Sublimação inversa: passagem do estado gasoso para o estado sólido a partir da liberação de calor.

Diagrama de fases

A fase de uma substância depende da temperatura e da pressão a que está submetida. Desse modo, existem infinitos pares de valores de temperatura e de pressão que determinam se a substância está no estado sólido, líquido ou gasoso. Para uma dada substância, o gráfico temperatura versus pressão, que mostra os diferentes estados físicos, é conhecido como diagrama de fases ou diagrama de estado.

Os diagramas de fases sempre apresentam três curvas, que se unem em um mesmo ponto T, denominado ponto triplo, e dividem o plano em três regiões: região da substância no estado sólido; região da substância no estado líquido; e região da substância no estado gasoso.

As três curvas, a,b e c, indicam as condições de temperatura e de pressão em que existem, em equilíbrio, dois estados da mesma substância no mesmo ambiente: a é a curva de sublimação (equilíbrio sólido-gasoso); b é a curva de fusão (equilíbrio sólido-líquido); e c é a curva de vaporização (equilíbrio líquido-gasoso).