Estados físicos da matéria

Estados físicos da matéria

Estado sólido - as partículas apresentam um estado de agitação muito pequeno; portanto estão muito próximas umas das outras, formando o que é chamado de retículo cristalino.

O estado sólido apresenta forma e volume próprios, ou seja, em qualquer recipiente que você coloque este material,  ele estará ocupando o mesmo volume e manterá seu formato.

Como determinar o volume de um sólido?

É simples! Basta pegar um copo graduado, colocar uma certa quantidade de água, ler o volume e, em seguida, adicionar o sólido. Você perceberá facilmente que o volume aumentou. A diferença entre o volume de água que se tinha inicialmente e o volume obtido após a adição do sólido, é o volume do sólido.

Observe:

Estado líquido as partículas se apresentam com um estado de agitação grande, fazendo com que fiquem mais distantes umas das outras.

O estado líquido apresenta volume próprio, ou seja, 1 litro de um líquido colocado em qualquer recipiente fechado continuará a ocupar o mesmo 1 litro. Porém, o líquido não tem forma própria: ele se amolda ao formato do recipiente no qual é posto. Ao colocarmos o líquido num recipiente redondo, esse assume a forma redonda; num recipiente quadrado, o líquido assume a forma quadrada, e assim por diante.

Para determinar o volume de líquidos, utilizamos, entre outros, os seguintes recipientes graduados:

          

Estado gasoso O gás é caracterizado por um estado de agitação muito grande, o que resulta num distanciamento muito grande de suas partículas.

O gás não tem forma nem volume próprios. Devido ao alto estado de agitação, ele ocupa todo o volume de seu recipiente. Por isso dizemos que o volume do gás é o volume do recipiente em que ele se encontra.

O ar atmosférico é uma mistura de gases. Quando despoluído e seco, tem a seguinte composição:

NITROGÊNIO (N2) 78%

OBS: % EM VOLUME

OXIGÊNIO (O2) 21%

OUTROS GASES 1%

No ambiente em que normalmente nos encontramos, conseguimos respirar sem dificuldade, pois o ar atmosférico (gás) ocupa todo o volume do ambiente.

No estado gasoso, as pequenas esferas, leves e inquebráveis, vão se agitando muito, ocupando assim todo o volume do copo.

Como se muda o estado físico da matéria?

Aprendemos que o que determina o estado físico da matéria é o grau de agitação de suas partículas. Em outras palavras, o estado físico da matéria depende de quanto próximas ou afastadas estão as partículas, umas das outras. Portanto, mudar o estado físico da matéria significa criar as condições para aumentar ou diminuir o estado de agitação de suas partículas. 

Estas condições são a temperatura e a pressão.

Quando aumentamos a temperatura, aumentamos o estado de agitação e, portanto, distanciamos as partículas. Ao diminuirmos a temperatura, diminuímos o estado de agitação das partículas.

Portanto:

Observe a água colocada para ferver dentro da panela no fogão. Veja como a água se agita.

É o aumento do estado de agitação devido à elevação da temperatura.

Em cada substância, as forças de atração de suas partículas dependem dos átomos que a constituem e da disposição desses átomos. Portanto, cada substância requer uma temperatura diferente para que ela mude de estado físico.

Mais difícil para distanciá-las e mais fácil para aproximá-las

Mais fácil distanciá-las e mais difícil aproximá-las.

Termos técnicos descrevem cada tipo de mudança de estado.

Fusão - passagem do estado sólido para o estado líquido.
(fundir um material)

Ebulição  - passagem do estado líquido para o estado gasoso (ferver o líquido).

Condensação ou liquefação - passagem do estado gasoso para o estado líquido.

Solidificação -  passagem do estado líquido para o estado sólido.

Sublimação - passagem do estado sólido para o gasoso e vice-versa.

Mudanças de estado físico da matéria ocorrem a todo momento. Por exemplo: o sol, ao causar um aumento na temperatura, faz com que a água evapore. A água evaporada se mistura com o ar atmosférico (o que explica a umidade relativa do ar). Com o passar do tempo, esta água evaporada forma nuvens que, para chover, precisam se condensar. Para isso ocorrer, é necessário que haja uma diminuição de temperatura.

- Você se lembra de uma previsão do tempo anunciando: “Está chegando uma frente fria; há possibilidade de chuvas”.

A frente fria resfria as moléculas de água presentes na atmosfera, passando-as do estado gasoso para o estado líquido, precipitando na forma de chuva. Quando o resfriamento é muito grande, a água solidifica, causando chuva de pedras (granizo ou neve). Depois das chuvas, o sol volta, causa novamente a evaporação da água, há uma nova frente fria e o ciclo recomeça.

Tendo estudado o ciclo da água, esclarecemos um conceito comum e equivocado:

“Choveu, por isso esfriou” (errado);

O correto é: “Esfriou, por isso choveu”.

1- Os raios solares aquecendo a água.

2- A água no estado gasoso se mistura ao ar atmosférico.

3- A água (no estado gasoso) forma as nuvens.

4- Chegada da frente fria.

5- Com o resfriamento, há condensação da água e sua precipitação (chuva).

Surge a dúvida: Como é possível a roupa do varal secar, num dia de frio e sem sol?

Resposta: o vento, ao bater na roupa, está batendo também nas moléculas de água, afastando-as. O distanciamento das moléculas, causado pelo vento, faz com que a água passe para o estado gasoso. As moléculas de água agem como um monte de papel picado. Se amontoarmos o papel e em seguida assoprarmos, eles se espalham e se distanciam.

Como já vimos, cada material tem suas características que determinam a facilidade ou a dificuldade de mudança de estado. As temperaturas de fusão e ebulição são determinadas.

Por exemplo:

Material

Ponto de Fusão

Ponto de Ebulição

Água (H2O)
(Destilada)

0 °C

100 °C

Álcool Etílico (C2H5OH)
(Etanol)

- 117 °C

78 °C

Oxigênio (O2)

- 218 °C

- 183 °C

Ferro (Fe)

1535 °C

2885 °C

Éter Etílico
(H3C - CH2 - O - CH2 - CH3)

- 116 °C

34 °C

 

Interpretando a tabela:

A água passa do estado sólido para o líquido, ou vice-versa, a 0 °C, já o ferro a 1535 °C, o álcool a -117 °C.

A água passa do estado líquido para o estado gasoso, ou vice-versa a 100 °C. O ferro a 2885 °C e o oxigênio a  -183 °C.

A partir destes dados, podemos determinar o estado físico de qualquer material em qualquer temperatura.

Se a temperatura estiver abaixo do ponto de fusão, o material está no estado sólido.

Se estiver acima da ebulição, está no estado gasoso. E se estiver entre as temperaturas de fusão e ebulição, o material estará líquido.

Repare que para o álcool congelar temos que abaixar a temperatura até - 117 °C, é por isso que bebidas com altos teores alcoólicos podem ser guardadas no freezer (-15 °C) que não congelam.

Exemplos:

O estado das substâncias nas condições ambientes (T= 25 °C).

Água (H2O) → 25 °C entre fusão e ebulição líquido.

Álcool Etílico →  (C2H5OH) 25 °C entre fusão e ebulição líquido.

Oxigênio (O2) → 25 °C acima da ebulição gasoso.

Ferro (Fe) → 25 °C abaixo da fusão sólido.

Éter Etílico (H3C-CH2-O-CH2-CH3) → 25 °C entre fusão e ebulição líquido

Outros exemplos interessantes:

A naftalina (bolinhas brancas usadas para colocar em guarda-roupas para evitar a presença de insetos, essencialmente baratas) diminui com o tempo, sem deixar rastros de líquido, liberando um cheiro muito forte. Ocorre o que chamamos de sublimação: a naftalina passa do estado sólido direto para o estado gasoso.

Outro exemplo de sublimação é visto na substância dióxido de carbono (CO2). Em condições ambientes, aparece no estado gasoso, na forma de gás carbônico. Com a sublimação, passa para o estado sólido, na condição de gelo seco.