Por Chris Deziel , Atualizado em 24 de março de 2022

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Se a temperatura ambiente em torno de um pedaço de gelo aumentar, a temperatura do gelo aumentará de acordo. No entanto, este aumento é interrompido no momento em que o gelo atinge o seu ponto de derretimento – 32°F (0°C). Nesse instante, o gelo passa por uma transição de fase, convertendo-se em água líquida enquanto sua temperatura permanece fixa até que todo ele derreta. Um experimento simples demonstra isso:deixe um copo com cubos de gelo em um carro quente e monitore a temperatura com um termômetro. A água gelada permanece a 32°F até derreter completamente; depois disso, a temperatura aumenta rapidamente à medida que o líquido restante continua a absorver o calor do interior do carro.

TL;DR (muito longo; não li)

Quando você aquece o gelo, sua temperatura aumenta até atingir 32°F, depois permanece constante enquanto derrete. O calor adicionado quebra as ligações da rede cristalina em vez de aumentar a energia cinética.

Mudanças de fase consomem energia

O aquecimento do gelo aumenta a energia cinética de suas moléculas, fazendo com que vibrem mais rapidamente. Até que o ponto de fusão seja alcançado, esta energia extra apenas amplifica a vibração; as moléculas ainda não conseguem quebrar as ligações reticulares que as mantêm em uma estrutura sólida. Quando o gelo atinge 32°F, as moléculas adquirem energia suficiente para se separarem da rede. Toda a energia térmica fornecida é, portanto, consumida pela transição de fase, e não pelo aumento da energia cinética do líquido. Consequentemente, a temperatura da água permanece em 32°F até que todos os cristais tenham derretido.

O mesmo princípio se aplica à água fervente. Ele aquecerá até 100°C (212°F), mas não excederá essa temperatura até que cada gota se transforme em vapor. Enquanto a água líquida permanecer na panela, sua temperatura permanecerá em 212°F, independentemente da intensidade da fonte de calor.

Equilíbrio no Ponto de Fusão

You might assume that a mixture of ice and water would warm uniformly, but in reality the temperature near the ice remains locked at the melting point. In a large container of water with an ice cube, the bulk of the water can rise above 32 °F, yet the immediate environment of the ice stays at that constant temperature. Este equilíbrio ocorre porque à medida que o gelo derrete, parte da água circundante congela novamente, equilibrando o fluxo de calor. O resultado líquido é que a temperatura geral não aumenta até que todo o gelo desapareça.

Além do derretimento:adicionando calor e pressão

A introdução de mais calor ainda pode produzir um aumento linear de temperatura; o gelo derreterá mais rápido e a temperatura do líquido restante aumentará. No entanto, o calor necessário para quebrar as ligações da rede domina até que a mudança de fase seja completada.

A pressão também desempenha um papel crucial. Ao confinar o vapor em um recipiente selado, você aumenta o ponto de ebulição, permitindo que a água permaneça líquida em temperaturas acima de 212°F. Este é o princípio por trás das panelas de pressão e das caldeiras a vapor industriais.