[Física] Ponto triplo de uma substância

Os três estados físicos da matéria  — sólido, líquido e gasoso — podem coexistir em equilíbrio num sistema, em certas condições de temperatura e pressão. O encontro destas três fases simultaneamente numa mesma substância ou solução recebe o nome de ponto triplo (ou ponto tríplice).

Gráfico do ponto triplo da água
[Fonte: Colégio WEB]  

Cada substância ou solução tem seu ponto triplo e para atingi-lo são necessárias condições muito específicas de pressão e temperatura. No caso das substâncias puras, o ponto triplo é uma propriedade física constante. A água, por exemplo, alcança seu ponto triplo a uma temperatura de 0,01 °C (que, na escala Kelvin corresponde a 273,16 graus) e pressão de 611 Pa, exatamente. Assim, quando submetida a tais condições, há uma coexistência equilibrada de gelo (sólido), água líquida e vapor d’água. Nenhuma combinação de pressão e temperatura diferente fará com que ocorra o ponto triplo da água.

Já o dióxido de carbono (CO₂) chega ao seu ponto triplo sob temperatura de 56 °C abaixo de zero e pressão de 5,11 atm. Note que a pressão do ponto triplo do gás carbônico é maior que a pressão atmosférica (1 atm), por isso, esse gás sofre sublimação, ou seja, passa diretamente do estado sólido para o gasoso sob pressão ambiente, formando o conhecido gelo-seco.

O ponto triplo é uma propriedade muito importante de uma substância, pois representa o limite para a ocorrência da fase líquida, ou seja, marca a mínima pressão em que um líquido pode existir. Numa pressão menor que a do ponto triplo, nenhuma substância pura pode existir estavelmente na fase líquida, existindo somente o equilíbrio entre os estados sólido e gasoso.

A temperatura do ponto triplo da água é útil na definição da escala Kelvin (K), que é a escala termométrica recomendada pelo Sistema Internacional de Unidades (SI). Um Kelvin corresponde à fração de 1/273,16 da temperatura do ponto triplo da água. A pressão do ponto triplo da água foi aplicada como ponto de referência do nível do mar durante a missão Mariner 9 da Nasa, uma sonda espacial lançada para exploração do planeta Marte.

Você dificilmente verá isso na natureza, mas pode saber como isso acontece no vídeo abaixo. A parte mais impressionante acontece em 0:40 s. O vídeo foi enviado por Tom Enstone, estudante de física e astrofísica na Universidade de Manchester, Reino Unido. Ele está trabalhando com cicloexano, um composto orgânico formado por átomos de carbono e hidrogênio – não é água! Não é sempre que pessoas fora de um laboratório podem ver isso, pois é necessário usar uma bomba de vácuo e um kit de química para se chegar ao ponto triplo. Mas é incrível ver um fluido congelar e borbulhar e parecer líquido, tudo ao mesmo tempo.

Fonte do texto: Site Info Escola

[Curiosidade] Os 15 materiais mais caros do mundo

Tendo como base de pesquisa diversos sites, notícias e postagens, de maneira geral, podemos citar um ranking de quinze materiais e seus respectivos valores estimados por grama (g) que são os mais caros do mundo. Os altíssimos valores agregados impostos nesses materiais nos surpreendem por serem extremamente raros na natureza ou possuírem um processo de produção muito complicado.

15º lugar - OURO (R$ 95/g)

O ouro (do latim aurum, "brilhante") é um elemento químico (símbolo Au) de número atômico 79 e de massa atômica 197 u. Na natureza, o ouro é produzido a partir da colisão de duas estrelas de nêutrons.
O ouro é utilizado de forma generalizada em joalharia, indústria e eletrônica, bem como reserva de valor.


14º lugar - RÓDIO (R$ 99/g)

O ródio é um elemento químico de símbolo Rh de número atômico 45 e de massa atómica igual a 102,9 u. À temperatura ambiente, o ródio encontra-se no estado sólido.
É metal de difícil extração e sua principal aplicação é como agente ligante para endurecer platina e paládio. Estas ligas são usadas em bobinas de fornos, buchas para a fabricação da fibra de vidro, componentes de termopares para elevadas temperaturas, eletrodos de ignição (velas) para aeronaves e cadinhos para laboratório.


13º lugar - PLATINA (R$ 102/grama)

Seu nome deriva vem do termo espanhol platina, do qual sua tradução literal é "pequena prata". 
Ele é um elemento químico escasso, do qual se encontra em média na litosfera aproximadamente 5 μg/kg. Por causa da sua escassez na crosta da Terra, do qual é produzido somente alguns milhões de toneladas, ele é considerado o metal mais caro e precioso do mundo.
A platina é utilizada nos conversores catalíticos, nos equipamentos de laboratório, nos contatos elétricos e nos eletrodos, nas termorresistências, nos equipamentos ondontológicos e na indústria de joias.



12º lugar - METANFETAMINA (R$ 170/g)

É uma droga sintética (ilícita), ou seja, uma substância psicoativa de ação estimulante do sistema nervoso central. Entre os usuários, a metanfetamina é conhecida como Ice, Tina, Meth, cocaína de pobre, Speed ou cristal. O uso terapêutico de medicamento a base de metanfetamina (Pervitin) foi banido em vários países, inclusive no Brasil, devido ao uso inadequado (recreativo) e abusivo. Como o nome sugere, a metanfetamina tem efeitos parecidos aos das anfetaminas, no entanto seus efeitos são muito mais potentes, assemelhando-se aos da cocaína.



11º lugar - CHIFRE DE RINOCERONTE (R$ 187/g)

A caça ilegal de rinocerontes disparou impulsionada pelo valor dos chifres destes animais, que alcançam preços tão elevados quanto o do ouro no mercado negro asiático, comprometendo o trabalho realizado há décadas para reconstituir a população selvagem destes imensos herbívoros.



10º lugar - HEROÍNA (R$ 220/g)

Heroína, cujo nome científico é diacetilmorfina, é uma droga opióide semissintética obtida a partir de plantas da espécie Papaver somniferum, da qual é extraído o ópio. Durante o processamento do ópio origina-se a morfina que então é transformada em heroína. Trata-se de um entorpecente, muitas vezes obtido em laboratórios clandestinos, que provoca diminuição da atividade do SNC ou seja é uma substância depressora.


9º lugar - COCAÍNA (R$ 365/g)

Cocaína, benzoilmetilecgonina ou éster do ácido benzoico é um alcaloide usado como droga, derivada do arbusto Erythroxylum coca, com efeitos anestésicos e cujo uso contínuo, pode causar outros efeitos indesejados como dependência, hipertensão arterial e distúrbios psiquiátricos. A produção da droga é realizada através de extração, utilizando como solventes álcalis, ácido sulfúrico, querosene e outros.


8º lugar - LSD (R$ 5.000/g)

Dentre os alucinógenos disponíveis atualmente, podemos destacar o LSD (Dietilamida do Ácido Lisérgico), uma substância sintética semelhante às presentes em um fungo denominado Claviceps pupurea.
O uso normalmente é feito pela via oral, colocando-se uma pequena gota do líquido embaixo da língua. Estima-se que se uma pessoa utilizar uma dose de 50 microgramas, o efeito pode durar até 12 horas.


7º lugar - PLUTÔNIO (R$ 6.800/g)

Plutônio-238 é um isótopo radioativo do Plutônio com uma meia-vida de 87,7 anos. Pela sua capacidade de ser um grande emissor de partículas alfa e não liberar radiações mais penetrantes (beta e gama, que por sua vez são problemáticas), ele é usado em geradores termoelétricos de radioisótopos e unidades de aquecimento de radioisótopos. Um grama de plutônio-238 gera 0,5 watts e um quilo gera 567 watts de potência.


6º lugar - PAINITA (R$ 15.000/g)

A Painita é um mineral, conhecido por ser um dos minerais mais raros do mundo. Sua fórmula química contém cálcio, zircônio, boro, alumínio e oxigênio (CaZrBAl₉O₁₈), além de vestígios de cromo e vanádio. 
Até 2005, existiam menos de 25 cristais de painita, porém recentemente foram encontrados mais exemplares na região de Myanmar. Painita é nos dias atuais a gema mais rara do mundo, foram encontrados vestígios de composição parecida em meteoros.


5º lugar - TAAFFEITE (R$ 34.000/g)

A pedra rara foi descoberta pelo gemólogo irlandês Richard Taaffe em 1945. Além de difícil de encontrar ela também se tornou valiosa pela coloração que pode variar entre o roxo, lilás e vermelho. Para se ter uma ideia, de acordo com especialistas, a taaffeite possui um grau de dificuldade de localização que supera e muito os diamantes. 


4º lugar - TRÍTIO (R$ 51.000/g)

O trítio é um dos três isótopos de hidrogênio (³H) sendo o mais pesado dentre os três, menos abundante, radioativo, emitindo radiação do tipo beta. O trítio é composto por dois neutrons e um próton. Não sendo encontrado em superfície terrestre naturalmente, pode ser encontrado ao redor do sol e no espaço exterior resultado do bombardeio de matéria interestelar por raios cósmicos.
Sua produção em nosso planeta pode se dá artificialmente através do bombardeio de deutério por outros tipos de isótopos de hidrogênio e pela reação de nêutrons térmicos com lítio-6 em reatores nucleares.
Sendo vendido comercialmente em soluções, são usados para substituir o hidrogênio comum (¹H) em reações, de modo a se estudar seus mecanismos de reações e também transformando as substâncias deixando-as mais pesadas e radioativas, já que a sua meia vida dura em torno de 12,3 anos.


3º lugar - DIAMANTE (R$ 93.500/g)

O diamante é um cristal sob uma forma alotrópica do carbono, de fórmula química C. É a forma termodinamicamente estável do carbono em pressões acima de 60 Kbar. Comercializados como gemas preciosas, os diamantes possuem um alto valor agregado.


2º lugar - CALIFÓRNIO (R$ 46 milhões/g)

O califórnio é um elemento metálico, sintético, sólido e de aspecto prateado. Foi descoberto em 1950 por uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia (vindo daí o seu nome), bombardeando o elemento cúrio com partículas alfa. 
O califórnio-252 é um forte emissor de nêutrons, por isso, extremamente radioativo e prejudicial. Três de suas poucas aplicações são encontrar camadas de água e de óleo em poços de petróleo, fonte de radiação em radiologia e como fonte de nêutrons em reatores nucleares.



1º lugar - ANTIMATÉRIA (R$ 107 trilhões/g)

É o inverso do que é a matéria. Ela é composta de antipartículas, que possuem a mesma característica das partículas (massa e rotação), mas com carga elétrica contrária. É o caso do pósitron, também conhecido como antielétron, que tem carga positiva. Ou do antipróton, que, diferente do próton, é negativo. 
O conceito de antimatéria foi proposto pelo físico inglês Paul Dirac em 1928. Ele revisou a equação de Einstein, considerando que a massa também poderia ser negativa. Com base na teoria, a comunidade científica passou a estudar o tema mais a fundo e descobriu uma potente fonte de energia, com 100% de aproveitamento. Hoje, o grande desafio é conseguir produzi-la em grande quantidade - já que ela não é encontrada na Terra.


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Fonte
Wikipédia, InfoEscola, MegaCurioso, ApareSido, Época Negócios, Mundo Estranho, Terra notícias / Ciência, Luxo S/A. 

[Astronomia] O que é matéria escura?

É uma parte do Universo que os astrônomos sabem que existe, mas ainda não sabem exatamente o que seja. É matéria, porque se consegue medir sua existência por meio da força gravitacional que ela exerce. E é escura, porque não emite nenhuma luz. Essa segunda propriedade é justamente o que dificulta seu estudo. Todas as observações de corpos no espaço são feitas a partir da luz ou de outro tipo de radiação eletromagnética emitida ou refletida pelos astros. Como a matéria escura não faz nenhuma dessas coisas, é "invisível". Ainda assim, sabe-se que ela está lá. 

Na década de 1930, o astrônomo Fritz Zwicky, um húngaro radicado nos Estados Unidos, calculou a massa de algumas galáxias e percebeu que ela era 400 vezes maior do que sugeriam as estrelas observadas! A diferença está justamente na massa de matéria escura. E quanta diferença! Pelas contas do professor Fritz, você deve ter percebido que ela não é apenas um detalhe na composição do Universo, e, sim, seu principal ingrediente. Hoje em dia, calcula-se que ele corresponda a mais ou menos 95% do Universo. 

Existem várias teorias sobre o que seria a tal massa escura. O mais provável é que ela seja feita de partículas subatômicas, menores que nêutrons, prótons e elétrons e ainda indetectáveis pelos atuais instrumentos de medição dos cientistas. Para terminar, vale um esclarecimento: apesar da semelhança no nome, matéria escura não tem nada a ver com buraco negro. "A massa escura é um componente do Universo, sem luz, enquanto o buraco negro é um objeto astrofísico com um campo gravitacional tão forte que não deixa nem mesmo a luz escapar", afirma o astrônomo Enos Picazzio, da Universidade de São Paulo (USP).

(Tarso Araújo - mundoestranho.abril.com.br)

Foto de John Dubinski, Universidade de Toronto

Ninguém consegue vê-la, senti-la, ou mesmo saber o que é. Mas sem a misteriosa substância chamada matéria escura, as galáxias se fragmentariam. Uma simulação feita em computador por John Dubinski, um astrofísico da Universidade de Toronto, representa a matéria escura como uma enorme rede de filamentos espalhada pelo espaço, mostrada em branco acima. Segundo os cálculos de Dubinski e outros astrofísicos, o universo visível – estrelas e galáxias – é uma mera farpa do que há lá fora. A matéria escura é uma partícula grande sem carga elétrica; sua única marca é sua força gravitacional. Os especialistas calculam que os experimentos dos próximos dez anos conseguirão finalmente isolar partículas da matéria escura e desvendar o maior mistério do universo.

(Fonte: http://www.guia.heu.nom.br/materia_escura.htm). 

Vídeo recomendado:

[Física] Barreira do som

O som, como sabemos, viaja através de ondas, usando um meio de propagação, no nosso caso o ar. Essas ondas, chamadas ondas de pressão, desenvolvem-se da mesma maneira quando jogamos uma pedra sobre um lago. Uma onda circular se forma no ponto em que a pedra atinge o lago e se afasta, expandindo-se a uma velocidade constante. Se atirarmos várias pedras no mesmo ponto em intervalos regulares, formaremos ondas concêntricas.

É o que ocorre com um emissor de som, como o avião. A velocidade de propagação dessas ondas é o que chamamos de velocidade do som, que ao nível do mar em condições de atmosfera padrão é de 1.226 km/h, e diminui com a queda da temperatura do ar. Ficou convencionado que, quando um avião se desloca com uma velocidade igual à do som, ele está voando a Mach 1. Esta unidade é uma homenagem ao físico austríaco Ernst Mach que, pela primeira vez, mediu a velocidade de propagação do som no ar.

(1) Subsônico; (2) Mach 1; (3) supersônico e (4) onda de choque.

Quando um objeto qualquer, como um avião, se desloca na atmosfera, comprime o ar à sua volta, principalmente à frente. Desta forma cria ondas de pressão, da mesma maneira que a pedra atirada no lago.

Quando um avião voa a uma velocidade inferior à do som, as ondas de pressão viajam mais rápido, espalhando-se para todos os lados, inclusive à frente do avião. Assim, o som vai sempre na frente.

Se o avião acelerar para uma velocidade igual a do som (Mach 1), ou seja, da velocidade de deslocamento de suas ondas de pressão, este estará comprimindo o ar à sua frente e acompanhando as ondas de pressão (o seu próprio som) com a mesma velocidade de sua propagação. Isso resulta num acúmulo de ondas no nariz do avião. Se o avião persistir com essa velocidade exata por algum tempo, à sua frente se formaria uma verdadeira muralha de ar, pois todas as ondas formadas ainda continuariam no mesmo lugar em relação ao avião. Esse fenômeno é conhecido como Barreira Sônica.
Se o avião continuar a acelerar, ultrapassando a velocidade do som, ele estará deixando para trás as ondas de pressão que vai produzindo.

Um avião só pode atingir velocidades supersônicas se, entre outras coisas, sua aceleração permitir uma passagem rápida pela velocidade de Mach 1, evitando a formação da Barreira Sônica.

Estrondo Sônico (Sonic Boom)

Quando o ar em fluxo supersônico é comprimido, sua pressão e densidade aumentam, formando uma onda de choque. Em voo supersônico (com velocidades acima de Mach 1), o avião produz inúmeras ondas de choque, sendo mais intensas as que se originam no nariz do avião, nas partes dianteira (bordo de ataque) e posterior (bordo de fuga) das asas e na parte terminal da fuselagem.

As ondas de choque geradas por um avião em voo supersônico atingirão o solo depois da passagem do avião que as está produzindo, pois esse é mais veloz. Um observador no solo ouvirá um forte estampido assim que as ondas de choque o alcançarem.

Esse estampido é conhecido como 'estrondo sônico', e sua intensidade depende de vários fatores, tais como dimensões do avião, forma do avião, velocidade do voo e altitude. Esse fenômeno pode, em certas circunstâncias, ser forte o suficiente para produzir danos materiais no solo, como quebra de vidros, rachaduras em paredes, muros e outros estragos. Essas possibilidades limitam a operação de voos em velocidades supersônicas sobre os continentes.

O Concorde operava em velocidades supersônicas (Mach 2.02) sobre o mar, acelerando após deixar o continente e alcançar altitudes elevadas, minimizando os efeitos do estrondo sônico.

Quando um avião se aproxima da velocidade do som o ar passa a fluir de uma maneira diferente ao redor de suas superfícies e se torna um fluido compressível. Além de uma série de mudanças na forma como a força de sustentação é gerada, esta mudança também produz um incremento elevado no arrasto, conhecido como onda de arrasto.

Inicialmente a onda de arrasto não era devidamente compreendida. Acreditava-se que ela crescesse exponencialmente, o que efetivamente ocorre dentro de uma pequena faixa de velocidades. Com a força limitada que motores à explosão são capazes de gerar, os aviões não podiam superar este rápido aumento no arrasto: grandes incrementos de potência produziam pequenos incrementos de velocidade. Aparentemente seria necessária uma quantidade infinita de força para alcançar-se velocidades supersônicas e daí surgiu a noção da barreira do som.

Membros da artilharia já haviam superado esta noção. Começando com Ernst Mach no século XIX, eles compreendiam que após determinado ponto, o arrasto não aumentava mais. Na verdade voltava a cair. O desafio passou a ser como produzir o empuxo necessário. Com a criação da asa em V que reduz o arrasto, e do motor a jato capaz de produzir a potência necessária, nos anos 1950 diversas aeronaves eram capazes de voos supersônicos com relativa facilidade.

Bell Chuck Yeager (então um major da Força Aérea dos Estados Unidos, mais tarde um general de brigada) foi a primeira pessoa a quebrar a barreira do som em um voo horizontal em 14 de outubro de 1947, pilotando um l X-1 experimental e alcançando Mach 1 a uma altitude de 15 000 m (45 000 pés).

George W. Welch fez uma alegação plausível mas não verificada de que teria quebrado a barreira do som 14 dias antes de Yeager durante um mergulho em um F-86 Sabre. Ele também alegou ter repetido seu voo supersônico 30 minutos antes do voo de Yeager.