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title: "Fusão e ebulição: as mudanças de estado"
book: "Física do ensino fundamental"
subject: physics
language: pt
chapter: 21
exercises: 11
source: https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/21-fusao-e-ebulicao-as-mudancas-de-estado
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# Capítulo 21 — Fusão e ebulição: as mudanças de estado

Você já sabe há anos que o calor [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) o gelo e ferve a água. Mas agora você tem um [termômetro](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) — e o [termômetro](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) tem uma coisa espantosa a relatar de dentro do balde de gelo derretendo: enquanto o gelo [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze), a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) *se recusa a sair do lugar*. Vamos olhar as velhas mudanças de estado com olhos novos.

## 21.1 Os nomes de gente grande

As mudanças de estado da água agora ganham os seus nomes de gente grande, que valem para qualquer material, e não só para a água. Do [sólido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-solid) para o [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid): *fusão*. Do [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) de volta para o [sólido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-solid): *solidificação* (também chamada de congelamento). Do [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) para o gasoso: *ebulição* quando acontece depressa, com bolhas grandes; evaporação quando acontece caladinho, pela superfície. Do gasoso de volta para o [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid): condensação. Todo material do mundo — água, chocolate, ferro, ouro — pode jogar esse jogo, cada um nas suas próprias [temperaturas](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature).

**Definição 21.1 (Ponto de fusão).**

O *ponto de fusão* de um material é a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) em que ele [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) — e também a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) em que o [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) se solidifica de volta. Para a água ele é $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Cada material tem o seu: o chocolate [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) perto de $34\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ (a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) da boca — não é por acaso, pergunte a qualquer chocolateiro), a cera de vela perto de $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, o ferro só a $1538\,{}^{\circ}\mathrm{C}$.

**Definição 21.2 (Ponto de ebulição).**

O *ponto de ebulição* de um material é a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) em que ele ferve. Para a água ele é $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. De novo, cada material tem o seu — e é por isso que uma cozinheira atenta consegue [evaporar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-evapcond) toda a água enquanto o óleo da mesma panela continua [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) e tranquilo.

**Exemplo 21.3 (Ler o mundo com dois números).**

Por que uma barra de chocolate é sólida na prateleira ($20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$) e líquida no seu bolso numa trilha de verão ($35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$)? Porque o [ponto de fusão](#def-g4-changes-of-state-melting-point) dela, perto de $34\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, fica *entre* os dois. Um material é [sólido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-solid) abaixo do [ponto de fusão](#def-g4-changes-of-state-melting-point) e [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) acima dele — até o [ponto de ebulição](#def-g4-changes-of-state-boiling-point), em que ele vai embora como [gás](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-gas). Dois números contam a história inteira de qualquer material em qualquer [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature).

## 21.2 O termômetro teimoso

**Método 21.4 (Ver o gelo derreter direito).**

1. Encha uma tigela de gelo picado ou neve e finque o [termômetro](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) ali; espere e leia: $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ;
2. leve a tigela para a cozinha quente e leia o [termômetro](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) a cada poucos minutos enquanto o gelo [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) ;
3. continue lendo até bem depois de a última lasquinha de gelo ter sumido.

O relato: durante toda a fusão — água e gelo juntos na tigela — o [termômetro](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) fica teimosamente em $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Só quando o *último* pedaço de gelo [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) é que a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) começa a subir.

**Proposição 21.5 (A lei do patamar).**

Enquanto um material está mudando de estado — derretendo ou fervendo — a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) dele fica parada no marco, por mais que o fogão trabalhe. Todo o calor que chega é gasto na própria mudança de estado, e nada dele em subir. [Sólido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-solid) e [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) convivem no [ponto de fusão](#def-g4-changes-of-state-melting-point); [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) e [gás](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-gas), no [ponto de ebulição](#def-g4-changes-of-state-boiling-point).

![Uma panela de gelo num fogão constante, contada pelo termômetro: a temperatura sobe, para em 0\, C enquanto o gelo derrete, sobe de novo e para em 100\, C enquanto a água ferve toda. (A última subida vermelha pertence ao vapor.)](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g4-changes-of-state/fig-5f25b345e0db.svg)

*Uma panela de gelo num fogão constante, contada pelo [termômetro](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature): a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) sobe, para em $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ enquanto o gelo [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze), sobe de novo e para em $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ enquanto a água ferve toda. (A última subida vermelha pertence ao vapor.)*

![Fervura forte: bolhas de vapor de água se formam dentro do líquido e estouram na superfície — e o tempo todo o termômetro fica parado no ponto de ebulição.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g4-changes-of-state/img-2d214253a51f.jpg)

*Fervura forte: bolhas de vapor de água se formam dentro do [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) e estouram na superfície — e o tempo todo o [termômetro](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) fica parado no [ponto de ebulição](#def-g4-changes-of-state-boiling-point).*

**Exemplo 21.6 (O patamar na cozinha).**

É por isso que uma água fervendo devagar e uma água fervendo furiosa cozinham macarrão na mesma velocidade: as duas panelas estão exatamente a $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — a furiosa só desperdiça o calor extra fazendo vapor mais depressa. E é por isso que uma bebida com cubos de gelo fica a $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ até a última lasquinha: o gelo que [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) prende a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) no marco.

**Observação 21.7 (Um número que o olho não vê).**

Sem um [termômetro](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature), ninguém adivinharia o patamar: a panela parece cada vez mais agitada, o balde de gelo parece cada vez mais calmo, e a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) dos dois fica firme como pedra. É mais uma vitória do [medir](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/7-medir-comprimentos#def-g2-measuring-length-measure) sobre o parecer — e uma das primeiras grandes surpresas que os instrumentos entregaram à ciência.

## 21.3 Cada material guarda os seus marcos

**Proposição 21.8 (Os marcos são marcas de identidade).**

O [ponto de fusão](#def-g4-changes-of-state-melting-point) e o [ponto de ebulição](#def-g4-changes-of-state-boiling-point) de um material puro nunca mudam: a água [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) a $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ hoje, amanhã, num palácio ou numa barraca. Os marcos fazem parte da identidade do material — tão bem guardados que um cientista consegue reconhecer um material desconhecido medindo onde ele [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) e ferve.

**Exemplo 21.9 (A vela e a fundição).**

Uma vela perto da lareira entorta e pinga: a cera passou do [ponto de fusão](#def-g4-changes-of-state-melting-point) dela, perto de $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Numa fundição, os trabalhadores despejam ferro [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) alaranjado como se fosse sopa — o forno deles passou de $1538\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Mesmo jogo, marcos loucamente diferentes: o que a lareira faz com a cera, só um forno faz com o ferro. E o ouro [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) a $1064\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: os ourives conhecem esse número, nas mãos se não em graus, há milhares de anos.

![Marcos de alguns materiais do dia a dia, em graus Celsius (a linha está comprimida — a marca do ferro fica de verdade quinze vezes mais longe que a da água). Cada material carrega os próprios números, sempre.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g4-changes-of-state/fig-75802d9c0905.svg)

*Marcos de alguns materiais do dia a dia, em [graus Celsius](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) (a linha está comprimida — a marca do ferro fica de verdade quinze vezes mais longe que a da água). Cada material carrega os próprios números, sempre.*

## 21.4 Exercícios

**Exercício 21.1 ★.**

Diga o nome de gente grande: do [sólido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-solid) para o [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid); do [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) para o [sólido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-solid); do [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) para o gasoso com bolhas grandes; do gasoso para o [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) numa janela fria.

**Solução de Exercício 21.1.**

Fusão; solidificação (congelamento); ebulição; condensação.

**Exercício 21.2 ★.**

Quais são os dois marcos da água, com as suas [temperaturas](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature)? E o [ponto de fusão](#def-g4-changes-of-state-melting-point) do chocolate, mais ou menos?

**Solução de Exercício 21.2.**

[Ponto de fusão](#def-g4-changes-of-state-melting-point) $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, [ponto de ebulição](#def-g4-changes-of-state-boiling-point) $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. O chocolate [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) perto de $34\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) da boca.

**Exercício 21.3 ★.**

Uma tigela tem gelo e água juntos, bem mexidos. Quanto o [termômetro](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) marca? Quanto ele vai marcar cinco minutos depois, se ainda sobrar gelo?

**Solução de Exercício 21.3.**

$0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — e ainda $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ cinco minutos depois: enquanto gelo e água convivem, a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) fica presa ao [ponto de fusão](#def-g4-changes-of-state-melting-point).

**Exercício 21.4 ★.**

Enuncie a lei do patamar. Para onde vai o calor do fogão enquanto a água ferve, já que a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) não sobe mais?

**Solução de Exercício 21.4.**

Enquanto um material [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) ou ferve, a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) dele fica parada no marco. O calor é todo gasto na própria mudança de estado — transformar [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) em vapor — e nada dele em subir.

**Exercício 21.5 ★.**

A cera [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) perto de $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Uma vela está sólida ou líquida: numa sala a $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$? ao lado de uma chama que a aquece a $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$? num sótão de verão a $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$?

**Solução de Exercício 21.5.**

Sólida a $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ (abaixo de $60$); líquida a $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ (acima de $60$); ainda sólida a $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — embora uma barra de chocolate no bolso já tivesse derretido nessa [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature).

**Exercício 21.6 ★.**

O macarrão cozinha numa água fervendo devagar. O pai põe a chama no máximo e a panela passa a ferver furiosamente. A água agora está mais quente? O que o calor extra produz no lugar disso?

**Solução de Exercício 21.6.**

Não fica mais quente: as duas panelas estão a $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, o patamar da ebulição. O calor extra só produz vapor mais depressa — chama desperdiçada, mesmo macarrão.

**Exercício 21.7 ★.**

No gráfico do patamar deste capítulo, como você identifica as duas mudanças de estado sem ler uma única palavra?

**Solução de Exercício 21.7.**

Pelos dois trechos horizontais — os patamares. Onde a curva ficar plana enquanto o fogão continua aquecendo, há uma mudança de estado em andamento.

**Exercício 21.8 ★.**

O ferro [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) a $1538\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e o ouro a $1064\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Um forno trabalha a $1200\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: qual dos dois metais escorre como sopa nele, e qual continua [sólido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-solid)? Por quantos graus o forno fica aquém do outro?

**Solução de Exercício 21.8.**

O ouro ($1064 < 1200$) escorre; o ferro ($1538 > 1200$) continua [sólido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-solid). O forno fica aquém do marco do ferro por $1538 - 1200 = 338$ graus.

**Exercício 21.9 ★.**

Por que uma bebida com cubos de gelo fica igualmente gelada até a última lasquinha de gelo — e só então começa a esquentar?

**Solução de Exercício 21.9.**

O gelo que [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) prende a bebida em $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: todo o calor que chega é gasto derretendo gelo, e nada dele em aquecer a bebida. Só quando a última lasquinha some é que a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) pode começar a subir.

**Exercício 21.10 ★★.**

Uma cientista recebe um [sólido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-solid) branco desconhecido. Ela descobre que ele [derrete](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/9-gelo-agua-vapor#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) exatamente a $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e que o [líquido](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/14-solidos-liquidos-gases#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) dele ferve exatamente a $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Qual é o melhor palpite dela sobre o material — e qual lei permite que os marcos sirvam de carteira de identidade?

**Solução de Exercício 21.10.**

O melhor palpite dela: o material é gelo — água congelada. A lei de que os marcos são marcas de identidade: os [pontos de fusão](#def-g4-changes-of-state-melting-point) e de ebulição de um material puro nunca mudam, então bater exatamente com os dois números da água vale como uma assinatura.

**Exercício 21.11 ★★.**

Montanhistas contam que, lá no alto dos grandes picos, a água ferve estando *só* um pouquinho quente demais para se tocar — e o chá deles nunca fica bom. Que certeza do dia a dia sobre a água fervendo deixa de valer lá em cima? (O motivo se esconde no próprio [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air), e um capítulo mais adiante sobre a pressão do [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) vai pegá-lo.)

**Solução de Exercício 21.11.**

A certeza de que a água sempre ferve a $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Lá no alto de um pico ela ferve bem abaixo disso — quente, mas não a $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — e por isso a água “fervendo” é fria demais para preparar um chá direito. O culpado é o [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) mais rarefeito, apertando menos a água, como o capítulo da pressão do [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) vai mostrar.