4. Dilatação dos Líquidos

Os líquidos se dilatam volumetricamente como qualquer substância. No entanto, como é um fluido, precisa estar dentro de um recipiente.

Em geral, os líquidos se dilatam muito mais que os sólidos. A tabela abaixo mostra o coeficiente de dilatação volumétrica de alguns sólidos e líquidos:

Perceba que os líquidos se dilatam cerca de 10 vezes mais que os sólidos.

Considere um recipiente de vidro com volume interno Vₒ e e temperatura Tₒ completamente ocupado por um líquido (na mesma temperatura).

 

Quando o conjunto é aquecido, o líquido se dilata mais que o vidro, e extravasa. Aparentemente, é essa quantidade que o líquido  se dilatou, mas isso não é verdade, porque enquanto extravasa o líquido  vai ocupando o volume do recipiente que também se dilata.

Assim, a dilatação volumétrica real do líquido (ΔV_liq) corresponde à soma da dilação volumétrica do recipiente (ΔV_r) e a dilatação aparente (ΔV_ap=volume extravasado).

ΔV_liq = ΔV_r + ΔV_ap

Exemplo

Um copo de vidro de capacidade 100cm³, a 20,0°C, contém 98,0cm³ de mercúrio na mesma temperatura. A que temperatura o mercúrio começará a extravasar?

Dados: 

*Coeficiente de dilatação volumétrica do mercúrio γ_m=1,8 . 10⁻⁴ ᵒC⁻¹

*Coeficiente de dilatação volumétrica do vidro γ_v=2,7 . 10⁻⁵ ᵒC⁻¹

Resolução:

O mercúrio começará a extravasar a partir da temperatura T em que o mercúrio e o recipiente tenham o mesmo volume final: 

V_m=V_r 

V_m=V_r 

V_mo+ΔV_m=V_ro+ΔV_r

ΔV_m-ΔV_r =  V_ro-  V_mo  = 100-98,0 = 2,0

ΔV_m-ΔV_r =  2,0

(γ_m.V_mo. ΔT) - (γ_v .V_ro. ΔT) =  2,0

(1,8 . 10⁻⁴. 98,0 . ΔT) - (2,7 . 10⁻⁵. 100. ΔT) =  2,0

1,76 .  10⁻² ΔT - 2,70 .  10⁻³. ΔT =  2,0

Com algarismos significativos, na adição e subtração precisamos passar para a maior potência para realizar a operação:

1,76 .  10⁻² ΔT - 0,270 .  10⁻². ΔT =  2,0

1,76 .  10⁻² ΔT - 0,270 .  10⁻². ΔT =  2,0

1,49 .  10⁻² ΔT =  2,0

ΔT = 2,0 / 1,49 .  10⁻²

ΔT = 2,0 . 10²/ 1,49 

ΔT = 200/ 1,49 

ΔT = 134

Mas 

ΔT =T - 20,0

T =134 + 20,0

T =154ᵒC

Resposta:

O mercúrio começaria extravassar a partir da temperatura de 154ᵒC.

Comportamento Anômalo da Água

É o fenômeno físico em que a água se comporta de forma oposta ao que vimos até agora. Enquanto é aquecida entre 0 °C e 4 °C, a água se contrai, e ao ser resfriada entre 4 °C e 0 °C ela se dilata.

A água atinge o menor volume e a maior densidade  a  4 °C. 

Acima de 4°C a água volta a se comportar normalmente, dilatando-se conforme a temperatura sobe até 100 °C. 

Conforme a tempertura vai diminuindo abaixo de 4°C, as suas moléculas vão se organizando em arranjos com espaço maior entre elas. Ao atingir 0°C, as ligações de hidrogênio formam uma estrutura cristalina hexagonal com espaços vazios, fazendo com que o gelo ocupe mais volume e seja menos denso que a água líquida.

No intervalo entre 0 °C e 4 °C, o coeficiente de dilatação volumétrica da água é negativo.