Estados Físicos da Matéria: Nomes, Características e Transformações

Os estados físicos da matéria e suas transformações tratam-se basicamente do estudo dos três estados físicos ou de agregação básicos da matéria: são eles os estados sólido, líquido gasoso. É fácil distinguir eles ao vê-los e eles são diferenciados exatamente pela organização das suas partículas, ou seja, são analisados por sua agregação, se estão próximas ou afastadas umas das outras. O exemplo mais comum é a água.

No estado sólido da matéria, conferimos partículas agrupadas, o que conhecemos como gelo, enquanto líquido, a água como conhecemos tem suas partículas dispersas, mas não tanto quando em forma de vapor como no estado gasoso, conferimos partículas dispersas. Além disso, nesse estudo também veremos a transformação desses estados físicos, isto é, como e quando existe a alteração de um estado para outro. Vamos falar sobre os estados físicos da matéria e, se você ficar com dúvidas, é só deixar nos comentários.

Entendendo o que são os Estados da Matéria

Todas as substâncias no mundo podem ser encontradas em todos os três estados físicos, dependendo apenas de duas grandezas físicas: a temperatura e a pressão. Desta forma, ao alterar essas duas grandezas, podemos mudar o estado da substancia encontrada. A temperatura e a pressão atuam de formas contrárias, enquanto o aumento da temperatura faz com que as moléculas afastem-se, o aumento da pressão faz com que elas fiquem mais próximas umas das outras.

Um exemplo prático de observar essa diferença é por meio das panelas. Ao colocar um liquido em uma panela comum, as moléculas se dispersam e evaporam em forma de gás, no entanto, em uma panela de pressão, esse dispersar não ocorre, podendo inclusive explodir a panela devido a concentração das moléculas.

A questão da pressão também pode ser observada na solubilidade do gás dióxido de carbono usado nos refrigerantes. Os refrigerantes são fabricados perante uma pressão muito grande e temperaturas baixas são aplicadas para que o gás passe para o estado líquido. Quando abrimos refrigerante, o gás sai rapidamente porque diminuímos a pressão dentro da garrafa. Além disso, quanto maior estiver a temperatura, também maior será a velocidade de saída do gás. E se chacoalharmos a garrafa, a pressão aumenta, causando a famosa explosão do refrigerante.

Quando se diz respeito a temperatura, considerando a pressão atmosférica normal, que é ao nível do mar e igual a 1 atm ou 760 mmHg, é preciso haver apenas um aumento ou diminuição da temperatura para mudar algum estado físico.

Nesse exemplo, podemos falar da substancia H2O, á agua, em estado sólido, um cubo de gelo a -20 ºC sob pressão de 1 atm, apresenta suas moléculas bem unidas e é por isso que sua estrutura é rígida, apresentando volume e formato definidos. Podemos passar esse gelo para o estado líquido acrescentando uma fonte de calor, o que faz com que suas moléculas separem-se mais.

Estado sólido

O gelo é o estado sólido da água
O gelo é água em sua forma sólida

Uma matéria em estado sólido possui as partículas mais juntas.  Sendo assim possuem forma fixa, volume fixo e não sofrem compressão. As forças de atração (coesão) predominam neste caso. Como dito anteriormente, um representante do estado sólido clássico, é o gelo, mas quando você pensa em um sólido, provavelmente pensa em algo duro ou firme de alguma forma. Mas os sólidos também podem ser flexíveis, deformáveis e maleáveis.

Os sólidos são distinguidos por suas moléculas fortemente ligadas. A matéria em seu estado sólido tende a ser mais densa do que quando está em seu estado líquido (embora haja exceções, principalmente a água). Os sólidos mantêm sua forma e têm um volume fixo. Um tipo de sólido é um sólido cristalino. Em um sólido cristalino, as moléculas estão dispostas em um padrão repetitivo em todo o material.

Os cristais são facilmente identificáveis por sua geometria macroscópica e simetrias. Outro tipo de sólido é um sólido amorfo. Este é um sólido no qual as moléculas não estão dispostas em uma rede cristalina. Um sólido policristalino está em algum lugar no meio. Geralmente é composto de pequenas estruturas monocristalinas, mas sem um padrão repetitivo.

Estado Líquido

Após aquecer o gelo, a água passa para seu estado líquido. A passagem do estado sólido para o estado líquido por meio do aquecimento é chamado de Fusão. Nesse contexto, a a temperatura continuará aumentando e as moléculas se separam cada vez mais até atingir o ponto de ebulição, ou seja, o ponto de fervura, no caso da água, 100°C. A ebulição marca é a passagem do estado líquido para o gasoso. Mas existem ainda mais outras duas formas de passagem do estado líquido para o gasoso, que são a evaporação e a calefação.

Líquido
Os estados físicos da matéria são eles os estados sólido, líquido gasoso

Tipos de vaporização

Após o ponto de ebulição, a temperatura antes estável volta a subir, porém se encontra no estado de vapor. O fenômeno vaporização que marca esse momento em que o líquido vira gás e pode ser obtivo por três maneiras:

Evaporação

Evaporação é a mudança de fase do líquido para o gasoso de modo gradual e lento. Ela ocorre apenas na superfície do líquido e não é perceptível visualmente. Por exemplo: roupa que seca no varal, uma poça de água que seca, etc.

Ebulição

É a mudança de fase do líquido para o gasoso de forma mais rápida. Pode ocorrer em todo o conteúdo liquido e é perceptível visualmente por ser marcada pelo vapor e formação de bolhas e agitação no conteúdo. Por exemplo: uma panela no fogão esquentando água.

Calefação

A calefação, nome popular para o Efeito de Leidenfrost, trata-se da vaporização que ocorre quando um líquido entra em contato com uma superfície que se encontra a uma temperatura muito maior que a temperatura de seu ponto de ebulição. São exemplos: quando jogamos algumas gotas de água em uma chapa muito aquecida, o contado de hidrogênio liquido com a pele que evapora instantaneamente.

Estado gasoso

O vapor é a água em forma de gás
O vapor é a água em forma de gás

Em estado de gás, as moléculas se encontram o mais dispersas possíveis. Os gases contêm moléculas que podem se mover facilmente umas sobre as outras. 

Eles assumem toda a forma e volume de seu recipiente e se expandem e contraem com muita facilidade. Propriedades importantes de um gás incluem pressão, temperatura e volume. 

Na verdade, essas três quantidades são suficientes para descrever completamente o estado macroscópico de um gás ideal. Um gás ideal é um gás no qual as moléculas podem ser aproximadas como partículas pontuais e no qual se assume que elas não interagem umas com as outras. A lei dos gases ideais descreve o comportamento de muitos gases e é dada pela fórmula:

P V=n RT

onde P é a pressão, V é o volume, n é o número de moles de uma substância, R é a constante do gás ideal ( R = 8,3145 J/molK) e T é a temperatura. Uma formulação alternativa desta lei é:

P V=N k T

onde ​N​ é o número de moléculas e ​k​ é a constante de Boltzmann (​ k​ = 1,38065 × 10 -23 J/K).

Os gases também exercem forças de empuxo sobre objetos imersos neles. Enquanto a maioria dos objetos do cotidiano são mais densos que o ar ao nosso redor, tornando essa força de empuxo pouco perceptível, um balão de hélio é um exemplo perfeito disso.

Liquefação ou condensação

Quando diminuímos a temperatura, o vapor de água, começa retornar ao seu estado líquido. É o que ocorre, por exemplo, com as nuvens se condensam em forma de chuva.

Solidificação

Se diminuirmos ainda mais a temperatura da água, ao atingir 0ºC, começa o processo de transformação e para o estado sólido. Dizemos que a água esta solidificada quando é congelada completamente, em formato de gelo.

Sublimação

Trata-se quando a substância passa diretamente do estado sólido para o estado gasoso ou vice-versa. Esse fenômeno ocorre com o gelo-seco e com a naftalina, por exemplo.

Os três estados da água e suas transformações
Os três estados da água e suas transformações

Plasma

O plasma é um gás que se tornou tão quente que os elétrons tendem a deixar os átomos, deixando os íons positivos em um mar de elétrons. Como há um número igual de cargas positivas e negativas no plasma em geral, ele é considerado quase neutro, embora a separação e o acúmulo local de cargas façam com que o plasma se comporte de maneira muito diferente de um gás comum.

Estados físicos da matéria - estudos da materia, estudos fisicos da materia, estudos físicos da matéria e suas transformações, quimica, transformações fisicas - estados físicos da matéria: nomes, características e transformações - imagem 2023 03 20 162712514 - química
Gases solares são uma forma de plasma

O plasma é influenciado significativamente por campos elétricos e magnéticos. Esses campos também não precisam ser externos, pois as próprias cargas do plasma criam campos elétricos e campos magnéticos à medida que se movem, que se influenciam mutuamente.

Em temperaturas e energias mais baixas, os elétrons e íons querem se recombinar em átomos neutros, portanto, para que um estado de plasma seja mantido, geralmente são necessárias altas temperaturas. No entanto, o chamado plasma não térmico pode ser criado onde os próprios elétrons mantêm uma alta temperatura, enquanto os núcleos ionizados não. Isso acontece no gás de vapor de mercúrio em uma lâmpada fluorescente, por exemplo. Não há necessariamente um corte distinto entre um gás “normal” e plasma. Os átomos e moléculas em um gás podem se tornar ionizados em graus, exibindo uma dinâmica mais parecida com o plasma quanto mais perto o gás chega de ser totalmente ionizado.

O plasma se distingue dos gases padrão por sua alta condutividade elétrica, pelo fato de agir como um sistema com dois tipos distintos de partículas (íons positivos e elétrons negativos) em oposição a um sistema com um tipo (átomos ou moléculas neutras) e partículas colisões e interações que são muito mais complexas do que as interações de “bola de bilhar” de 2 corpos em um gás padrão. Exemplos de plasma incluem raios, ionosfera da Terra, iluminação fluorescente e gases do sol.

Condensado de Bose-Einstein (BEC)

Para entender um condensado de Bose-Einstein (BEC), você deve primeiro saber um pouco sobre temperatura. Existe uma temperatura na qual o movimento molecular (portanto, tudo) para, isso é chamado de zero absoluto (0K ou em torno de -273°C). Apenas uma fração acima dessa temperatura – e apenas para alguns elementos – ocorre um BEC.

Os átomos começam a se comportar como pequenas ondas e começam a se sobrepor até que finalmente agem como uma onda e se tornam essencialmente um superátomo. Eles não estão ligados ou misturados – tornaram-se indistinguíveis um do outro, tendo as mesmas qualidades e existindo no mesmo lugar. Daniel Kleppner, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, tem uma ótima descrição. Ele diz que as “partículas perderam sua identidade – todas elas pensam que estão em toda parte”. Um átomo não pode se distinguir de outro.

Simplificando, o Condensado de Bose-Einstein (BEC) é aquele estado da matéria onde todos os átomos de uma partícula começam a agir como um único átomo chamado Superátomo. Ao contrário de todos os outros estados da matéria, no BEC todos os átomos vibram em uníssono, ou seja, todos vibram com o mesmo comprimento de onda com o mesmo período de tempo. Esse fenômeno pode permitir que o BEC revolucione a computação, tornando possível a realização da computação quântica. Este conceito é extremamente difícil de entender e ainda há muita pesquisa em andamento relacionada a ele, mas o BEC pode abrir novas e incríveis portas de conquistas no mundo da física.

FAQ Rápido

O que são os estados físicos da matéria?

Tratam-se basicamente do estudo dos três estados físicos ou de agregação básicos da matéria: são eles os estados sólido, líquido gasoso

Quais são os tipos de vaporização?

Evaporação, ebulição e calefação

O que é a vaporização?

Quando a substancia se transforma em gás seja por meio de evaporação, ebulição ou calefação

O que é liquidificação?

Quando a substancia passa do estado gasoso para o liquido

O que é solidificação?

Quando a substancia passa para sua forma sólida

Fale conosco nos comentários e diga oque achou dessa matéria e aproveite para ler mais notícias e estudar, como por exemplo, Leis da Termodinâmica, no nosso site.

Deixe um comentário