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Estados Físicos da Matéria

Todos os corpos existentes na Terra, assim como todos existentes no Universo têm uma característica em comum: São constituídos por matéria.

O que diferencia todos os corpos do Universo portanto é o tipo de matéria, ou seja, a concentração de cada elemento diferente existente na natureza e também seu estado.

Os estados da matéria são cinco: sólido, líquido, gasoso, plasma e zero absoluto.

O primeiro estado da matéria é o estado sólido. Quando a matéria se encontra no estado sólido, ela tem uma forma definida, e independentemente do recipiente em que for colocada, a matéria manterá sua forma.

Vamos pensar por exemplo em um automóvel: independentemente de o carro estar na garagem ou em um campo aberto, seu volume será o mesmo para ambos os casos.

Para um líquido no entanto, já temos reações diferentes, o líquido assim como o sólido possui um volume constante e fixo, sendo muito complicada sua compressão ou expansão, porém sua forma depende unicamente do recipiente em que está contido. Se por exemplo tivermos um litro de água dentro de um recipiente muito grande e passarmos esta água para um recipiente onde apenas caiba ½ litro, o volume do recipiente será totalmente preenchido e ½ litro de água vazará para fora dele, no entanto o volume total de água continuará sendo de 1 litro.

No caso gases: temos outro tipo de comportamento: os gases não tem forma definida, e ambas sua forma e seu volume são definidos pelo recipiente que contém o gás. Se tivermos por exemplo um bulbo de aço com duas atmosferas de pressão em seu interior e de repente reduzirmos o volume do bulbo pela metade, de forma que sua área também seja reduzida pela metade, temos que a força é igual à pressão sobre área, resultando assim que a nova pressão atingirá o dobro do valor, e se agora quadruplicarmos o volume do bulbo, o gás voltará a ocupar todo o volume com uma pressão quatro vezes menor. Podemos então concluir que um gás ocupa todo o volume dentro do qual ele é confinado.

O plasma: é o caso onde a temperatura é tão alta que não existem mais átomos, mas sim apenas uma sopa de íons, pois todos os elétrons, prótons e nêutrons foram arrancados de perto do núcleo de tão intensa que é a agitação molecular devida à temperatura. Apesar de ser difícil a produção de plasma na Terra devido à necessidade de compartimentos que resistam a temperaturas altíssimas, pesquisadores acreditam que 99% de toda a matéria existente no Universo esteja sob a forma de plasma.

O zero absoluto: é apenas um estado teórico, já que a temperatura de zero kelvins é impossível de ser atingida, no entanto supõe-se que à temperatura de zero absoluto, não haveria movimento de prótons, elétrons ou nêutrons em torno de um núcleo. Temos que entender no entanto que esta temperatura é realmente impossível de ser atingida. A uma dada temperatura e pressão, cada substância pode ser encontrada em um estado específico, no entanto deve ficar claro que cada substância é distinta das outras, logo à temperatura ambiente e pressão atmosférica, coexistem os estados sólido(metais), líquido(água), e gasoso(ar).

Características

Sólido

Forças de coesão são maiores do que as de repulsão

Apresenta retículo cristalino - forma geométrica definida

O movimento das partículas ocorre somente no retículo cristalino

São muito pouco compressíveis;

Líquido

As forças de coesão e repulsão se igualam

Não apresenta retículo cristalino;

Apresenta tensão superficial;

Os líquidos podem ser comprimidos

Exs.: vidro, plástico, parafina e mercúrio metálico.

Gasoso

Forças de repulsão maiores do que as de coesão

Há grande expansibilidade;

Há grande compressibilidade;

As partículas movimentam-se com grande velocidade.

Fonte: www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br

Estados Físicos da Matéria

Toda matéria é constituída de pequenas partículas e, dependendo do maior ou menor grau de agregação entre elas, pode ser encontrada em três estados físicos: sólido, líquido e gasoso.

As pedras, o gelo e a madeira são exemplos de matéria no estado sólido. A água, o leite, a gasolina e o mel estão no estado líquido. Já o gás hidrogênio, o gás oxigênio e o gás carbônico estão no estado gasoso.

Cada um dos três estados de agregação apresenta características próprias - como o volume, a densidade e a forma - que podem ser alteradas pela variação de temperatura (aquecimento ou resfriamento).

Quando uma substância muda de estado, sofre alterações nas suas características macroscópicas (volume, forma, etc.) e microscópicas (arranjo das partículas), não havendo, contudo, alteração em sua composição.

O estado sólido

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Madeira sólida

A matéria no estado sólido apresenta forma e volume constantes. Assim, se deixarmos um bloco de ferro sobre uma mesa, sua forma permanecerá a mesma.

As moléculas que formam os corpos estão sujeitas a forças de atração, conhecidas como forças de coesão. No estado sólido, as moléculas estão próximas uma das outras. Conseqüentemente, as forças de coesão são grandes, e as moléculas se movimentam pouco. Forças de coesão grande são responsáveis pela forma definida dos sólidos.

O estado líquido

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Jarra de líquido

A matéria no estado líquido mantém seu volume constante. Sua forma, porém, não é constante, correspondendo àquela do recipiente que a contém.

No estado líquido, as moléculas estão mais distantes, e as forças de coesão são bem menores. Ficando mais soltas, as moléculas apresentam maior mobilidade, o que confere aos líquidos a propreidade de assumir forma do recipiente que os contém.

O estado gasoso

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Balão de gás

No estado gasoso, a matéria não apresenta nem volume nem foma constantes. Como nos gases a distância entre as moléculas é muito grande, as forças de coesão entre elas são extremamente fracas, e elas têm grande mobilidade.

Quando liberamos um gás que estava preso em um frasco, ele se espalha pelo ambiente. Podemos verificar esse fato com facilidade se pensarmos no vapor exalado pelos perfumes. Embora sejam líquidos, eles evaporam muito rapidamente. Experimente abrir um frasco de perfume e afastar-se alguns metros. Você logo sentirá seu cheiro, o que mostra que parte dele evaporou e se espalhou pelo ambiente.

De que é feita a matéria

Se com o auxílio de um conta-gotas, retirarmos uma gota de água do lago do Guaíba e a analisarmos, ainda teremos um gota de água do lago, embora em pequena quantidade. Se pegarmos metade dessa gota, ainda teremos água do lago. Na verdade nessa pequena gota ainda há, além de água, material em suspensão, que são partículas de rochas, terra e areia, além de pequenas plantas. Se conseguíssimos retirar todo esse material e continuássemos nosso processo de divisão apenas com a água, chegaríamos a um molécula de água.

A partir daí, se de algum modo quebrarmos essa molécula, deixaremos de ter água. Podemos então dizer que molécula é a menor parte da matéria que ainda conserva suas propriedades.

Por sua vez, as moléculas são compostas de partículas ainda menores, chamadas átomos.

No caso da água, já sabemos que sua molécula é composta de átomos de hidrogênio e oxigênio.

Isso vale para todo tipo de matéria. A matéria é, assim, formada por átomos combinados.

Corpo - Objeto - Substância e Mistura

Dá-se o nome de corpo a uma porção limitada de matéria, como por exemplo, uma pedra, um litro de leite, a atmosfera que envolve a Terra, o Sol, uma geladeira, um gato.

Já um objeto é um corpo usado como utensílio pelo homem. Assim, um pedaço de pau passa a ser um objeto quando usado como bengala, ou ainda como estaca. Quando no período pré-histórico, o homem aprendeu a construir utensílios de pedra, de madeira e de osso, estava aprendendo a fabricar objetos para facilitar sua vida.

Os corpos são formados por substâncias. As substâncias são constituídas por um único tipo de molécula. A água, o álcool, o gás oxigênio, o ferro são exemplos de substâncias. Já o leite não é uma substância, e sim uma mistura de várias delas. Nele encontramos água, gordura, sais minerais, etc.

Corpo: porção limitada de matéria.

Objeto: corpo usado como utensílio.

Substância: matéria constituída por um único tipo de molécula.

Mistura: reunião de duas ou mais substâncias.

Em 1808, baseado em fatos experimentais, o cientista bitânico John Dalton (1766-1844) formula uma teoria atômica para explicar a constituição da matéria.

Teoria Atômica de Dalton

Essa teoria possibilitaria, posteriormente, a criação do primeiro modelo do átomo, a qual expressa, em termos gerais, o seguinte:

1. A matéria é constituída de pequenas partículas esféricas maciças e indivisíveis denominadas átomos.

2. Um conjunto de átomos com as mesmas massas e tamanhos apresenta as mesmas propriedades e constitui um elemento químico.

3. Elementos químicos diferentes apresentam átomos com massas, tamanhos e propriedades diferentes.

4. A combinação de átomos de elementos diferentes, numa proporção de números inteiros, origina substâncias diferentes.

5. Os átomos não são criados nem destruídos: são simplesmente rearranjados, originando novas substâncias.

Para melhor representar sua teoria atômica, Dalton substituiu os antigos símbolos químicos da alquimia por novos e criou símbolos para outros elementos que não eram conhecidos pelos alquimistas.

Mudanças de Estado Físico

O diagrama a seguir mostra as mudanças de estado, com os nomes particulares que cada uma delas recebe.

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Como citado anteriormente, dois fatores são importantes nas mudanças de estado das substâncias: temperatura e pressão.

Influência da temperatura

A vaporização, que é a passagem do estado líquido para o gasoso, pode ocorrer de três modos: evaporação, ebulição e calefação.

A evaporação acontece com líquidos a qualquer temperatura. É o caso, por exemplo, da água líquida colocada em um prato que após algum tempo desaparece, ou seja, transforma-se em vapor e mistura-se à atmosfera.

Já a calefação é um processo rápido de vaporização, que ocorre quando há um aumento violento de temperatura. É o que acontece quando colocamos água em pequenas quantidades em uma frigideira bem quente. Ela vaporiza de modo brusco, quase instantâneo.

A ebulição é a vaporização que acontece a uma determinada temperatura.

Se colocarmos água para esquentar, notaremos que quando sua temperatura chega a 100ºC, ela ferve, entrando em ebulição. Isso acontece ao nível do mar, onde a pressão exercida pelo ar (pressão atmosférica) correspnde a uma atmosfera - 1 atm. A essa temperatura damos o nome de ponto (ou temperatura) de ebulição.

A temperatura em que ocorre a ebulição, acontece também a condensação. Assim, se for resfriado, o vapor d'água começa a transformar-se em água no estado líquido a partir de 100ºC.

Ainda ao nível do mar, se resfriarmos água no estado líquido, notaremos que ela se solidifica a 0ºC. A essa temperatura damos o nome de ponto (ou temperatura) de solidificação. O contrário da solidificação, a fusão, também ocorre a essa temperatura, chamada de ponto (ou temperatura) de fusão.

De modo geral, cada substância apresenta um ponto de fusão (ou de solidificação) e um ponto de ebulição (ou de condensação) específico.

Influência da pressão

Além da temperatura, a pressão também influi na mudança de estado. Note que até agora falamos em ponto de fusão e ponto de ebulição ao nível do mar.

Quanto menor a pressão exercida sobre a superfície de um líquido, mais fácil é a vaporização, pois as moléculas do líquido encontram menor resistência para aandoná-lo e transformar-se em vapor. Vejamos, por exemplo, o caso da água. Ao nível do mar, a pressão exercida pelo ar é, como já dito anteriormente, de 1 atmosfera. A água ferve então a 100ºC. Já na cidade de São Paulo, por exemplo, que está a uma altitude maior, a pressão atmosférica é menor, e a água ferve a cerda de 98ºC.

O mesmo efeito notamos na fusão. Uma alteração na pressão atmosférica modifica o ponto de fusão das substâncias. Uma diminuição na pressão atmosférica costuma provocar também uma diminuição no ponto de fusão.

Com relação à fusão, no entanto, a água é uma exceção a essa regra. Para essa substância, um aumento na pressão provoca uma diminuição do seu ponto de fusão.

Um caso curioso acontece na Lua. Lá não existe ar e, portanto, a pressão atmosférica é nula. Se levarmos até lá um bloco de gelo e colocarmos ao sol para derreter, observaremos uma sublimação, isto é, a passagem direta do água do estádo sólido para o estado gasoso.

Como se explica esse fato?

Acontece que a ausência de pressão impede que lá exista água no estado líquido. A falta de forças de pressão faria a água ferver, mesmo estando a qualquer temperatura

Fonte: profmarialuiza.vilabol.uol.com.br

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Fases ou estados da matéria são conjuntos de configurações que objetos macroscópicos podem apresentar.

Canonicamente são três os estados ou fases considerados: sólido, líquido e gasoso.

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Sólido

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Líquido

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Gasoso

Outros tipos de fases da matéria, como o estado pastoso ou o plasma são estudados em em níveis mais avançados de física.

No estado sólido considera-se que a matéria do corpo mantém a forma macroscópica e a posição relativa de suas partícula. É particularmente estudado nas áreas da estática e da dinâmica.

No estado líquido, o corpo mantém a quantidade de matéria e aproximadamente o volume; a forma e posição relativa da partículas não se mantém. É particularmente estudado nas áreas da hidrostática e da hidrodinâmica.

No estado gasoso, o corpo mantém apenas a quantidade de matéria, podendo variar amplamente a forma e o volume. É particularmente estudado nas áreas da aerostática e da aerodinâmica.

Nota: As características específicas materiais são estudados em vários outros campos da Física, da Química e da Engenharia, como a Física do Estado Sólido, a Físico-Química, ligas metálicas, Polímeros, Cerâmicas, Ciência dos Materiais, Reologia, Resistência dos Materiais, etc.

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Mudanças de fase

É do conhecimento geral que um corpo sólido pode passar a líquido e um líquido a gás. Inversamente também os gases podem passar a líquidos e os líquidos a sólidos. Como a cada uma destas fases de uma substância corresponde determinado tipo de estrutura corpuscular, interessa saber de que modo se efetuarão as mudanças de estruturas dos corpos quando muda a fase, ou de estado de aglomeração, da substância que são feitos.

Fusão, mudança do estado sólido para o líquido.

Vaporização, mudança do estado líquido para o gasoso.

Condensação, mudança de estado gasoso para líquido ( inverso da Vaporização ).

Solidificação, mudança de estado líquido para o estado sólido ( inverso da Fusão ).

Nota: Um corpo pode ainda passar diretamente do estado sólido para o gasoso, e vice-versa. A este processo chama-se sublimação. A cânfora e o dióxido de carbono sólido ( gelo seco ) são exemplos de substâncias que sublimam.

Fonte: www.geocities.com

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Analise o conjunto de figuras a seguir.

Você seria capaz de identificar o estado físico da matéria representado por cada modelo?

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A – Estado gasoso B – Estado líquido C – Estado sólido

Características da matéria em cada estado físico

SÓLIDO
LÍQUIDO
GASOSO
MACROSCÓPICAS Forma própria.
Volume constante.
Não sofre compressão.
Adquire a forma do recipiente que o contém.
Volume constante.
Dificilmente sofre compressão.
Tem a forma do recipiente.
Ocupa todo o volume do recipiente.
Sofre compressão e expansão facilmente
MICROSCÓPICAS Partículas organizadas e muito próximas.
O único movimento é a sua vibração.
A atração entre elas é intensa.
Partículas com menor organização.
Força de atração menos intensa, o que permite que as partículas se movimentem.
Partículas com grande desorganização.
Praticamente sem força de atração e com grande liberdade de movimento.

E o que acontece com a água sólida?

Todos sabemos que a água possui uma propriedade anômala: o gelo boia sobre a água líquida. Isto porque a densidade do estado sólido, na água, é menor do que no estado líquido. As ligações de hidrogênio, no estado sólido, conferem à água uma organização reticular quase cristalina, com um maior espaço entre as moléculas, ou seja, uma menor densidade.

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MODELO DE PARTÍCULAS PARA A ÁGUA

Água no estado sólido

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Água no estado líquido

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Ligações de Hidrogênio (Água)

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MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO

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Raquel Malta

Fonte: ct.santoagostinho.com.br

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Imagine algumas esferas pequenas, leves e inquebráveis, dentro do copo do liqüidificador. Com o aparelho desligado, estas esferas estarão aglomeradas no fundo do copo. Ao ligar o liqüidificador, estas esferas ganharão velocidade, se distanciando umas das outras. Voltando a desligar, as esferas ficarão concentradas no fundo novamente.

Pois então, aí temos um bom modelo para explicar a mudança de estado físico da matéria.

Perceba:

Se as partículas que compõe a matéria apresentarem um estado de agitação pequeno, a tendência é ficarem muito próximas (liqüidificador desligado), agora se o estado de agitação é maior, a tendência é o distanciamento destas partículas (liqüidificador ligado) e quando maior o estado de agitação,  maior este distanciamento.

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

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Sólido

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 você pegar um copo graduado, colocar uma certa quantidade de água, ler o volume, em seguida adicione o sólido. Você perceberá facilmente que o volume aumentou. A diferença entre o volume de água que tínhamos inicialmente e o volume obtido após a adição do sólido, é o volume do sólido.

Observe:

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

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Líquida

O estado líquido apresenta volume próprio, ou seja, se temos 1 L de um líquido, em qualquer recipiente que você o coloque, ele estará ocupando este volume de 1 L, mas não tem forma própria, o líquido se amolda ao recipiente ficando do seu formato. Ao colocarmos um líquido num recipiente redondo, ele fica redondo, num recipiente quadrado, ele fica quadrado e assim por diante.

Para determinar o volume de líquidos, temos os recipientes graduados, veja alguns:

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Estado gasoso: o que caracteriza o gás, é o estado de agitação muito grande, garantindo assim, um distanciamento muito grande de suas partículas.

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Gasoso

O gás não tem forma nem volume próprio, devido ao alto estado de agitação, ele ocupa todo volume do recipiente, por isso dizemos que o volume do gás, é o volume do recipiente 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%

Neste ambiente em que você está agora, sentado, está respirando sem problemas, ao se levantar ou mudar de posição, ou até mesmo deitar no chão, continuará respirando sem problemas, pois o ar atmosférico (gás) está ocupando todo o volume deste ambiente.

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Se lembrarmos do modelo do liqüidificador do início desta aula, fica fácil imaginar com o liqüidificador ligado, aquelas esferas pequenas, leves e inquebráveis vão se agitando muito, ocupando assim, todo o volume do copo (estado gasoso).

Como fazer para mudar o estado físico da matéria?

Agora já sabemos, o que determina o estado físico é o grau de agitação das partículas que faz elas ficarem mais próximas ou mais afastadas. Portanto, mudar o estado físico é criar condições para aumentar ou diminuir o estado de agitação das partículas.

Estas condições são a temperatura e a pressão. Por enquanto vamos nos apegar só a temperatura.

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

Portanto temos:

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Você se lembra daquela vez que colocou água para ferver e esqueceu , pois é quando você foi ao fogão a água estava chacoalhando muito, não é?

Pois então, é o aumento do estado de agitação pela elevação da temperatura.

Cada substância, dependendo dos átomos que a constituem, da disposição destes átomos, as forças de atração entre elas pode ser maior ou menor.

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Fortemente atraídas

Mais difícil para distancia-las e mais fácil para aproxima-las.

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Fracamente atraídas

Mais fácil distancia-las e mais dificil aproxima-las.

Por isso, temos para cada caso uma temperatura diferente para ocasionar a mudança de estado físico.

Para cada mudança de estado, temos um termo técnico, observe:

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Sublimação

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.

Estas mudanças de estado acontecem a todo o momento. Veja a água, por exemplo, com o sol, temos um aumento na temperatura, então a água evapora, se mistura ao ar atmosférico (daí a umidade relativa do ar), com o tempo, esta água forma as nuvens, que para chover tem que condensar. Para isto temos que ter uma diminuição da temperatura.

Lembra do homem que faz a previsão do tempo?

Ele diz: “Está chegando uma frente fria, há possibilidade de chuvas”.

Pois então, a frente fria vai resfriar a água, passando assim para o estado líquido, precipitando na forma de chuva. As vezes este resfriamento é muito grande, fazendo a água solidificar, daí a chuva de pedras (granizo ou neve). Depois de algum tempo o sol volta, evapora novamente a água, chega uma nova frente fria, e o ciclo continua.

Agora que vimos o ciclo da água, dá para corrigir uma frase muito comum:

“Choveu, por isso esfriou” (errada)

O correto é o contrário: “Esfriou, por isso choveu”

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1- Os raios solares aquecendo a água.
2- A água há no estado gasoso misturado ao ar atmostérico.
3- Depois de um certo tempo a água (no estado gasoso) forma as nuvens.
4- Chegada da frente fria.
5- Com o resfriamento, a condensação da água e sua precitação (chuva)

Mas, como é possível a roupa do varal secar, num dia de frio e sem sol?

Aí temos a ação do vento, que ao bater na roupa, está batendo, também, nas moléculas de água, afastando-as, ou seja, passando a água para o estado gasoso.

Da mesma forma que você pegar um monte de papel picado, amontoar, e em seguida assoprar, eles vão se distanciar.

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

Veja alguns exemplos:

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 alcóolicos 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, aquelas bolinhas brancas usadas para colocar, normalmente, em guarda-roupas, para evitar a presença de insetos, essencialmente baratas, com o tempo percebe-se uma diminuição nestas bolinhas e não vemos rastro de líquido, e sentimos um cheiro muito forte. Temos aí, o exemplo mais clássico de sublimação. A naftalina passa do estado sólido, direto para o estado gasoso.

Outro exemplo interessante de sublimação, é com a substância dióxido de carbono (CO2), que nas condições ambientes, chamamos de gás carbônico. Quando o sublimamos, ou seja, passamos para o estado sólido, passa a ser conhecido como gelo seco.

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Fonte: www.10emtudo.com.br

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A matéria que temos a nossa volta é formada de moléculas que são constituídas por átomos. Uma combinação destes átomos forma as substâncias que conhecemos, porém, devemos salientar que o átomo não é a menor porção da matéria, ou a menor porção indivisível da matéria como pensavam os gregos que postularam sua existência como, por exemplo, Demócrito.

O átomo é composto por outras partículas ainda menores como podemos ver na animação:

Na natureza, as substâncias são encontradas em três estados físicos: sólido, líquido ou gasoso.

Qual a diferença entre os estados sólido, líquido e gasoso?

A diferença entre esses estados está na forma de organização das moléculas, que depende da força de coesão entre os átomos e/ou entre moléculas e a movimentação dessas partículas.

Veja a figura:

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Vejamos cada estado separadamente.

SÓLIDOS

Um corpo sólido apresenta forma e volume bem definidos e possui uma propriedade denominada rigidez que é variável conforme o sólido.

Os átomos de uma substância no estado sólido estão muito próximos uns dos outros, ligados por forças de interação muito intensas o que os mantém em posições determinadas, definindo assim sua forma e rigidez.

A maioria dos sólidos apresenta uma estrutura bem definida chamada de estrutura cristalina, como, por exemplo, o sal de cozinha (NaCl) que tem os átomos de Cloro (azul) nos vértices de um cubo, conforme mostra a figura.

Como a temperatura está relacionada com a agitação molecular, quanto maior a temperatura, maior a agitação e os átomos e moléculas de um sólido passam a oscilar em torno da posição em que se encontram, também chamada de ponto de equilíbrio.

LÍQUIDOS

Uma substância no estado líquido tem volume definido, mas não tem forma própria, tomando a forma do recipiente em que está contido.

Os líquidos não têm a rigidez característica dos sólidos, por isso, a resistência de suas superfícies ou tensão superficial é pequena e os líquidos apresentam o que chamamos viscosidade. Os óleos, por exemplo, escoam com pouca facilidade, possuindo alta viscosidade. O fato dos líquidos se esparramarrem sobre as superfícies é devido a procura por um menor potencial gravitacional.

As moléculas nos líquidos apresentam-se mais afastadas do que nos sólidos, pois sendo a força de interação mais fraca o que permite que elas se desloquem com certa facilidade. Assim, forças externas, por exemplo, a força gravitacional, podem fazer com que as moléculas troquem de posição, fazendo com que o líquido flua ou se adapte a forma do recipiente que o contém.

GASES

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Gás confinado

As substâncias no estado gasoso não possuem nem forma nem volume definidos, adquirindo a forma do recipiente que as contém e ocupam todo o volume que estiver a disposição. Além disso, um gás pode ser comprimido reduzindo seu volume.

Nos gases os átomos e moléculas possuem grandes distâncias entre si, quando comparadas com os líquidos e sólidos, portando, a interação molecular é muito fraca ou desprezível e por isso variam na forma e no volume facilmente.

No preparo de alimentos, como um churrasquinho, por exemplo, ou se o recipiente que contiver algum gás por algum motivo se romper, dependendo do gás, poderemos sentir o seu odor. Esses são exemplos da chamada difusão do gás.

As substâncias, como a água por exemplo, podem passar por esses três estados. Mas, como isso acontece?

Quando uma substância modifica seu estado físico dizemos que ocorreu uma MUDANÇA DE ESTADO.

A água em seu estado sólido, ou seja, o gelo para passar para o estado líquido, necessita receber energia o que fará com que a agitação molecular aumente até que sua estrutura rígida se rompa e esta muda para o estado gasoso se for fornecido mais energia à água líquida e teremos, então, o vapor d'água.

Portanto, a mudança de estado está quase sempre relacionada à transferência de energia.

Se a troca de energia entre substâncias ocorrer na forma de calor, a quantidade de calor necessária para que ocorra a mudança de estado é chamada de calor latente ou de transformação.

Cada substância possui um valor para o calor latente e, em uma mesma substância, esse valor é diferente, dependendo da transição em que ocorre. Na tabela podemos verificar os valores do calor latente de fusão (Lf) e de vaporização (Lv) para algumas substâncias.

substância Tf (oC) Lf (cal/g) Tv (oC) Lv (cal/g)
água 0 79,71 100 539,60
cobre 1038,0 51,0 2582,0 1290,0
etanol -114,40 24,90 78,30 204,0
ferro 1535,0 64,40 2800 1515,0
freon - - -29,0 38,0
mercúrio -39,0 2,82 356,5 68
ouro 1063,0 15,8 2660,0 377,0
zinco 419,0 28,13 906,0 -

É, muitas vezes, pela quantidade de calor necessária para que uma substância mude de estado, que é feita a escolha materiais como, por exemplo, de um motor de um carro, que sofre variação de temperatura.

Se a cada fornecimento de energia a substância passa de um estado de menor agitação molecular para um de maior agitação, o que ocorre se um gás receber energia?

Um gás ao receber uma quantidade suficiente de energia, terá suas moléculas rompidas e os elétrons ficarão livres para se movimentarem e alguns serão separados do átomo, ficando o gás ionizado, pois ficará com mais cargas positivas do que negativas. Assim forma-se o plasma, que pode ser definido como um gás eletrizado com íons e elétrons livres.

O Sol é uma estrela composta basicamente por plasma no seu interior. Os relâmpagos também são plasmas cuja descarga elétrica ioniza o ar, isto é, despoja de elétrons bilhões de átomos de Oxigênio, Nitrogênio e outros encontrados em seu trajeto. Essa trilha de íons corresponde a um fio onde se processa a descarga principal, ou seja, o relâmpago.

Também há plasma nos luminosos de lâmpadas de néon, utilizados em propagandas ou indicação de bares e danceterias, onde o gás neônio é bombardeado por elétrons (provindos de átomos ativados pela corrente elétrica) e emitem luz vermelha. A cor da luz do luminoso depende do gás utilizado.

Quando as substâncias mudam de estado, absorvem ou liberam energia. No caso da água gasosa, por exemplo, ela libera energia para tornar-se líquida, e a água líquida também deve liberar energia para se solidificar.

O que se modifica na substância, em uma mudança de estado?

Em um novo estado físico a substância modificou a disposição das suas moléculas constituintes. Por exemplo, ao aumentar a temperatura de uma substância sólida suas moléculas aumentam sua energia cinética e passam a vibrar em torno de uma nova posição de equilíbrio, ficando mais afastadas uma das outras (dilatação), porém, se a substância continuar sendo aquecida a energia cinética aumentará até que, a uma certa temperatura, na qual a energia cinética das moléculas será tão grande que ocorre o rompimento da rede cristalina, isto é, ocorrerá mudança de estado. Durante esse processo a temperatura permanece constante.

Aliás, durante todo e qualquer processo de mudança de estado a temperatura não se modifica.

Para cada substância as mudanças de estado ocorrem para valores determinados de pressão e temperatura. Por exemplo, a água entra em ebulição, passando do estado líquido para o vapor, a 100oC à pressão atmosférica.

As mudanças de estado recebem denominações específicas que são mostradas na figura:

Estado Físico da Matéria

A fusão, que é passagem do estado sólido para o estado líquido, e a solidificação, que é a passagem do estado líquido para o estado sólido, são processos que ocorrem a uma temperatura contante. A temperatura na qual ocorre a fusão é denominada ponto de fusão e a temperatura na qual ocorre a solidificação é denominada ponto de solidificação. As temperaturas de fusão e solidificação dependem da pressão, por exemplo, o gelo de água derrete a 0oC se a pressão for 1 atm.

A condensação também é conhecida por liquefação e ocorre, por exemplo, quando deixamos um copo de água gelada sobre uma mesa e em pouco tempo vemos, na superfície externa do copo, gotas de água. Como o copo é impermeável essas gotas são resultado da condensação do vapor contido no ar.

A vaporização pode ocorrer de duas maneiras:

Evaporação: é a passagem do estado líquido para o estado gasoso apenas na superfície de separação do líquido com o meio; ela pode acontecer a qualquer temperatura. Por exemplo, quando colocamos a roupa para secar no varal, a água vai evaporando numa velocidade que depende da temperatura, isto é, quanto maior for a temperatura, maior será a energia cinética média das moléculas do líquido o que propicia um maior número de moléculas com energia suficiente para romper a interação entre elas e assim podem escapar, tornando-se vapor.

Outro exemplo, é quando saímos de uma piscina ou mar, quando geralmente sentimos frio, como conseqüência da evaporação da água de nossa pele. Ou ainda um pequeno lago no deserto.

Ebulição: é a mudança do estado líquido para o estado gasoso, que ocorre rapidamente e de maneira tumultuosa, a temperaturas determinadas, para uma certa pressão e de acordo com a substância. Por exemplo, a água ferve ou entra em ebulição a uma temperatura de 100oC a pressão de 1 atm.

Nota-se que a sublimação ou a mudança do sólido para o vapor, ou de vapor para sólido, ocorre sem passar pelo estado líquido. Podemos citar, por exemplo, as bolinhas de naftalinas que são utilizadas em roupeiros com o objetivo de espantar traças. A naftalina que está no estado sólido passa diretamente para o estado gasoso.

Fonte: www.if.ufrgs.br

Estados Físicos da Matéria

Estados da matéria, em física clássica, as três formas que pode tomar a matéria: sólida, líquida ou gasosa. Os sólidos se caracterizam por sua resistência a qualquer mudança de forma. Em estado líquido, a matéria cede às forças tendentes a modificar sua forma. Os gases não oferecem nenhuma resistência à mudança de forma e muito pouca às alterações no seu volume.

Líquidos, substâncias em um estado da matéria intermediário entre os estados sólido e gasoso. As moléculas dos líquidos não estão tão próximas quanto as dos sólidos, mas estão menos separadas que as dos gases. Caracterizam-se por uma resistência à fluidez chamada viscosidade. São caraterísticos de cada líquido o ponto de ebulição, o ponto de solidificação e o calor de vaporização (o calor necessário para transformar em vapor uma determinada quantidade do líquido).

Evaporação, conversão gradual de um líquido em gás, sem que ocorra ebulição. Em temperaturas abaixo do ponto de ebulição, é possível que moléculas individuais tenham energia suficiente para escapar da superfície e passar para o espaço acima, na forma gasosa. O processo oposto é a condensação. A passagem de sólido a gás chama-se sublimação.

Sólido, estado físico da matéria, em que as amostras conservam sua forma e tamanho. Os sólidos apresentam uma distribuição regular das partículas atômicas.

Cristal, porção homogênea de matéria com estrutura atômica ordenada e definida e com forma externa limitada por superfícies planas e uniformes, simetricamente dispostas. Os cristais formam-se quando um líquido torna-se lentamente um sólido. Esta formação pode resultar do congelamento, do depósito de matéria dissolvida ou da condensação direta de um gás em um sólido. O estudo do crescimento, forma e geometria dos cristais chama-se cristalografia. Existem seis sistemas cristalinos, caracterizados pelo comprimento e posição de seus eixos (linhas imaginárias que passam pelo centro do cristal e interceptam as faces, definindo relações de simetria no cristal). Os minerais de cada sistema dividem algumas características de simetria e forma cristalina, assim como muitas propriedades ópticas importantes.

Os sistemas cristalinos são: o sistema cúbico, que inclui os cristais com três eixos perpendiculares, dois dos quais têm o mesmo tamanho; o ortorrômbico, que inclui cristais com eixos de tamanhos diferentes e formando entre si ângulos oblíquos, e, por último, o sistema hexagonal, que engloba os cristais com quatro eixos.

Alguns elementos ou compostos podem cristalizar em dois sistemas diferentes. Isto dá origem a substâncias que, embora idênticas em composição química, são diferentes em quase todas as demais propriedades físicas. Por exemplo, o carbono cristaliza no sistema cúbico formando o diamante e no sistema hexagonal formando o grafite.

Cristal líquido, substância que se comporta ao mesmo tempo como um líquido e como um sólido. As moléculas de um cristal líquido podem deslocar-se, umas em relação às outras, com bastante facilidade, tal como as de um líquido. No entanto, todas as suas moléculas tendem a estar orientadas do mesmo modo, algo semelhante à estrutura molecular de um cristal sólido. Emprega-se nos mostradores de relógios digitais e calculadoras, televisões em miniatura, computadores portáteis e outros aparelhos.

Fluido, substância que cede imediatamente a qualquer força tendente a alterar sua forma e por isso adapta-se à forma do recipiente. Podem ser líquidos ou gases.

Gás, substância em um dos três estados da matéria comum, que são o sólido, o líquido e o gasoso. Os gases expandem-se livremente até encher o recipiente que os contém, e sua densidade é muito menor que a dos sólidos e a dos líquidos. A teoria atômica da matéria define os estados, ou fases, de acordo com a ordem que envolvem. As moléculas têm uma certa liberdade de movimentos no espaço. Esses graus de liberdade microscópicos estão relacionados com o conceito macroscópico de ordem. As moléculas de um sólido estão dispostas em uma rede e sua liberdade está restrita a pequenas vibrações em torno dos pontos dessa rede. Em troca, um gás não tem uma ordem espacial macroscópica. Suas moléculas se movem aleatoriamente e só estão limitadas pelas paredes do recipiente que as contém. A temperaturas baixas e pressões altas (ou volumes reduzidos), as moléculas de um gás passam a ser influenciadas pela força de atração das outras moléculas e todo o sistema entra em um estado de alta densidade e adquire uma superfície limite. Isso acarreta a entrada no estado líquido. O processo é conhecido como transição de fase ou mudança de estado.

Vapor, substância em estado gasoso. Emprega-se a palavra vapor para referir-se ao estado gasoso de uma substância que normalmente é líquida ou sólida.

Quando confinado, o vapor de uma substância a qualquer temperatura exerce uma pressão conhecida como pressão de vapor. Ao aumentar-se a temperatura da substância, a pressão de vapor eleva-se, como resultado de uma maior evaporação.

Ponto crítico, condições de temperatura e pressão nas quais não se pode liquefazer um gás. A temperatura, a pressão e o volume críticos são as constantes críticas de uma substância.

Temperatura, propriedade dos sistemas que determina se estão em equilíbrio térmico. Se dois corpos têm temperaturas diferentes, o calor flui do mais quente para o mais frio até que as temperaturas sejam idênticas e se alcance o equilíbrio.

As mudanças de temperatura têm de ser medidas a partir de mudanças em outras propriedades. O termômetro convencional mede a dilatação de uma coluna de mercúrio. Se aplica-se calor a um gás, a temperatura pode ser determinada a partir da mudança de pressão.

Existem várias escalas de temperatura: segundo a escala Fahrenheit, o ponto de solidificação da água é 32 °F, e seu ponto de ebulição, 212 °F. A escala Celsius designa 0 °C e 100 °C a estes pontos. Na escala absoluta ou Kelvin, o zero absoluto corresponde a -273,15 °C (0 K) e um kelvin equivale a um grau centígrado.

A temperatura desempenha um papel importante. Assim, as aves e os mamíferos suportam uma variação muito pequena de temperatura corporal. Em temperaturas árticas, o aço se torna quebradiço e os líquidos se solidificam ou são muito viscosos.

Pressão, força por unidade de superfície que exerce um líquido ou um gás perpendicularmente à dita superfície. Costuma ser medida em atmosferas (atm); no Sistema Internacional de unidades (SI), é expressa em newton por metro quadrado, chamada pascal (Pa). A atmosfera é definida como 101.325 Pa, e equivale a 760 mm de mercúrio em um barômetro convencional. Para medir pressões, usam-se os barômetros. Estes costumam medir a diferença entre a pressão do fluido e a atmosférica, e por isto é preciso somar a última para obter a pressão absoluta. Uma leitura negativa corresponde a um vácuo parcial.

Fonte: www.vestibular1.com.br

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