Questão de Química — Transformações Químicas e Energia — FGV 2023

Diagrama de fases do CO₂: ponto triplo, ponto crítico e sublimação

Gabarito: letra A — as três afirmativas são falsas (F – F – F). A primeira troca o ponto triplo (onde coexistem sólido, líquido e gás) por um suposto equilíbrio sólido-gás; a segunda chama de ponto crítico o que é o ponto de sublimação a 1 atm; e a terceira mistura unidades e conceitos, citando "31,1 atm" (que seria a temperatura crítica em °C) e chamando o ponto crítico de ponto de sublimação. A leitura correta do diagrama de fases do CO₂ resolve tudo.

O diagrama de fases é um mapa que mostra em que estado físico uma substância se encontra para cada combinação de pressão e temperatura. Nele, as linhas (curvas) representam as condições em que duas fases coexistem em equilíbrio, e o ponto onde as três curvas se encontram é o ponto triplo — o único par pressão-temperatura em que sólido, líquido e gás coexistem simultaneamente. Para o CO₂, esse ponto está em aproximadamente 5,1 atm e –56,6 °C. Acima da temperatura crítica, não há mais distinção entre líquido e vapor: a substância fica em uma única fase (fluido supercrítico). O ponto crítico do CO₂ está em cerca de 73 atm e 31 °C.

A primeira afirmativa diz que a 5,1 atm e –56,4 °C prevalece o equilíbrio entre sólido e gás. Isso está errado: esses valores correspondem ao ponto triplo do CO₂, onde as três fases (sólido, líquido e gás) coexistem em equilíbrio, não apenas sólido e gás. A banca tenta confundir o candidato que decora o valor 5,1 atm e associa automaticamente a sublimação, mas o ponto triplo é justamente o ponto onde as três fases se encontram.

A segunda afirmativa diz que a 1,0 atm e –78,5 °C ocorre o ponto crítico. Isso também está errado. A 1 atm, o CO₂ não existe no estado líquido — ele sublima diretamente do sólido para o gás. A temperatura de –78,5 °C é a temperatura de sublimação do CO₂ a 1 atm (por isso o gelo-seco sublima em condições ambientes). O ponto crítico, como vimos, está em torno de 73 atm e 31 °C, condições totalmente diferentes.

A terceira afirmativa é a mais confusa: "Sob a condição de 73,0 atm e 31,1 atm ocorre o ponto de sublimação". Há dois erros claros: primeiro, a unidade de temperatura está errada (31,1 seria a temperatura crítica em °C, não em atm); segundo, o ponto de sublimação é a condição em que sólido e gás coexistem, e não o ponto crítico. O ponto crítico é onde líquido e gás se tornam indistinguíveis, não onde ocorre sublimação. A banca mistura os conceitos e ainda erra a unidade, tornando a afirmativa duplamente falsa.

A pegadinha central desta questão é a confusão entre três pontos do diagrama: o ponto triplo (5,1 atm, –56,6 °C), o ponto de sublimação a 1 atm (–78,5 °C) e o ponto crítico (73 atm, 31 °C). Guarde esses três valores e o que cada um representa — é exatamente neles que as alternativas se dividem.

Afirmativa 1 — ❌ Falsa

A condição de 5,1 atm e –56,4 °C corresponde ao ponto triplo do CO₂, onde as três fases (sólido, líquido e gás) coexistem em equilíbrio, e não apenas sólido e gás. A afirmativa erra ao restringir o equilíbrio a duas fases.

Afirmativa 2 — ❌ Falsa

A 1,0 atm e –78,5 °C ocorre a sublimação do CO₂ (passagem direta do sólido para o gás), não o ponto crítico. O ponto crítico do CO₂ está em aproximadamente 73 atm e 31 °C, onde líquido e gás se tornam uma única fase.

Afirmativa 3 — ❌ Falsa

A afirmativa apresenta dois erros: (1) a unidade de temperatura está errada — 31,1 seria a temperatura crítica em °C, não em atm; (2) o ponto crítico não é o ponto de sublimação. O ponto de sublimação é a condição em que sólido e gás coexistem, enquanto o ponto crítico é onde líquido e gás se tornam indistinguíveis.

Gabarito: letra A — F – F – F.