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Estados Físicos da Matéria

 

A matéria é definido como qualquer coisa que tem massa e ocupa espaço.

Em física, um estado da matéria é uma das formas distintas que a matéria assume.

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

A matéria encontra-se em 3 estados principais: sólido, líquido, gasoso e plasma.

Historicamente, a distinção é feita com base em diferenças qualitativas nas propriedades.

Matéria no estado sólido mantém um volume fixo e forma, com partículas de componentes (átomos, moléculas ou íons) juntos e fixadas no lugar.

Matéria no estado líquido mantém um volume fixo, mas tem uma forma variável que se adapta para se ajustar o seu recipiente. Suas partículas ainda estão juntos, mas mover-se livremente.

Matéria no estado gasoso tem tanto volume e forma variável, adaptando-se tanto para caber seu recipiente. Suas partículas são nem perto em conjunto, nem fixa no lugar.

Matéria no estado de plasma tem um volume variável e forma, mas, bem como átomos neutros, que contém um número significativo de iões e electrões, ambos os quais podem mover-se livremente. O plasma é a forma mais comum de matéria visível no universo

Estados Físicos da Matéria - Formas

Sólidos

Um sólido tem uma forma definida e volume.
Exemplos de sólidos incluem gelo (água sólida), uma barra de aço e gelo seco (dióxido de carbono sólido).

Líquidos

Um líquido tem um volume definido, mas toma a forma do seu recipiente.
Exemplos de líquidos incluem água e óleo.

Gasoso

Um gás não tem nem um volume definido nem uma forma definida.
Exemplos de gases são o ar, oxigênio e hélio.

Alguns textos de química introdutórios citam os sólidos, líquidos e gasosos como os três estados da matéria, mas textos de nível superior reconhecem o plasma como um quarto estado da matéria.

Estados Físicos da Matéria
Plasma é tipicamente vista como um gás ionizado.

Plasma

Plasmática possui nenhum um volume definido nem uma forma definida.
Plasma frequentemente é visto em gases ionizados. O plasma é um gás distinto do porque possui propriedades únicas. cargas elétricas livres (não ligada a átomos ou íons) causa plasma para ser eletricamente condutivo. O plasma pode ser formado por aquecimento de um gás e ionizante.

Estados Físicos da Matéria - Mudança

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).

Estados Físicos da Matéria - Características

Sólido

Estados Físicos da Matéria

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

Estados Físicos da Matéria

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

Estados Físicos da Matéria

Forças de repulsão maiores do que as de coesão
Há grande expansibilidade;
Há grande compressibilidade;
As partículas movimentam-se com grande velocidade.

Estados Físicos da Matéria - Mudanças de fase

Estados Físicos da Matéria
A – Estado gasoso B – Estado líquido C – Estado sólido

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 ).

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.

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

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

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

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.

Estados Físicos da Matéria

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: chemistry.about.com/www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/www.geocities.com

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