Ficha informativa: os estados da matéria

ESTADOS DA MATÉRIA

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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.

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:

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

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.

gás confinado

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 100^oC à pressão atmosférica.

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

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 0^oC 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 100^oC 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.