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Os estados físicos da matéria são determinados pelo distanciamento entre as moléculas, conexões moleculares e energia cinética que movimenta as partículas de uma amostra. São eles:
- sólido;
- líquido;
- gasoso;
- plasma;
- condensado de Bose-Einstein.
Em estado sólido, temos moléculas bem agrupadas e com pouca movimentação. No extremo oposto, estão o estado gasoso e o plasma, nos quais as moléculas têm um espaçamento entre elas e alta energia cinética. Materiais em estado líquido ficam no meio-termo, não possuem forma física definida, apresentam mais energia cinética que um material sólido e um espaçamento entre as moléculas menor que materiais gasosos. O condensado de Bose-Einstein é uma descoberta relativamente nova que gira em torno da ideia de se ter uma amostra sem movimentação entre as moléculas, isto é, sem energia cinética.
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Tópicos deste artigo
- 1 - Estado sólido
- 2 - Estado líquido
- 3 - Estado gasoso
- 4 - Fatores que determinam os estados físicos
- 5 - Mudanças de estado físico
- 6 - Outros estados físicos
- 7 - Exercícios resolvidos
Estado sólido
As moléculas de um material em estado sólido conectam-se com uma força suficiente que resulta em formato e volume definidos. Nesse estado temos pouca energia cinética entre as partículas e, ainda que exista uma pequena movimentação entre elas, não é possível visualizá-la macroscopicamente (a olho nu).
A forma de um sólido pode ser alterada quando o material sofre ação de uma força mecânica (quebra, arranhão, amassado) ou quando há alteração de temperatura e pressão. Cada tipo de material tem resistência a esses impactos ou a mudanças externas, de acordo com a sua natureza.
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Exemplo
Como exemplo, podemos citar o ouro, material sólido em temperatura ambiente com ponto de fusão de 1064,18 °C e ponto de ebulição de 2855,85°C.
![Pepita de ouro em minério, estado sólido.](https://s2.static.brasilescola.uol.com.br/be/2020/06/pepita-ouro.jpg)
Estado líquido
No estado líquido, não há forma física definida, mas há volume definido, o que nos impede de comprimir o material de forma significativa. Os líquidos têm força intermolecular fraca, o que permite manipular e separar partes de uma amostra com facilidade. A força de atração entre as moléculas impede que elas se movam livremente como um gás. Além disso, a tensão superficial (força de atração entre moléculas iguais) é a que possibilita a formação de gotas.
- Exemplo
O exemplo mais abundante e acessível que temos de material no estado líquido em condições normais de temperatura e pressão é a água, também considerada solvente universal.
![Água em estado líquido sendo despejada em um copo, aderindo ao formato do recipiente.](https://s1.static.brasilescola.uol.com.br/be/2020/06/agua.jpg)
Estado gasoso
Um material em estado gasoso não tem forma nem volume definidos. Possui alta capacidade de expansão em razão da energia cinética elevada. Quando colocado em um recipiente, o gás espalha-se indefinidamente e, se nessas condições de confinamento, o gás for aquecido, acontecerá um aumento na energia cinética e uma elevação na pressão do sistema.
Vale ainda ressaltar a diferença entre gás e vapor. Apesar de estarem no mesmo estado físico, eles têm naturezas diferentes. O vapor, quando colocado sob alta pressão ou diminuindo a temperatura, volta ao estado líquido. Os gases, por sua vez, são substâncias que, em condições normais, já estão no estado gasoso e, para se liquefazer, é necessário ter aumento de pressão e temperatura simultaneamente.
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Exemplo
Um exemplo de substância gasosa está comumente dentro dos balões de festa, o gás hélio, que é um gás nobre e monoatômico (molécula de um átomo), sendo encontrado em estado gasoso para condições normais de temperatura e pressão. A densidade do hélio é menor que a do ar atmosférico, o que faz com que os balões flutuem.
![Gás hélio sendo colocado em balão de festa.](https://s5.static.brasilescola.uol.com.br/be/2020/06/gas-helio.jpg)
Fatores que determinam os estados físicos
O que determina o estado físico da matéria é a organização de suas moléculas, o espaçamento entre elas e a energia cinética (energia de movimentação). Cada elemento possui um ponto de fusão e ebulição que definem o ponto crítico, isto é, em que temperatura e pressão o elemento mantém ou altera seu estado físico. Esse ponto crítico varia de acordo com a natureza do material. Além disso, para cada elemento, temos diferentes forças intermoleculares, o que também influencia o estado físico.
Mudanças de estado físico
As possíveis mudanças no estado físico ocorrem com a alteração de temperatura e pressão. Veja quais são elas:
- Fusão: passagem do estado sólido para o estado líquido por meio de aquecimento.
- Vaporização: passagem do estado líquido para o estado gasoso. Esse processo pode acontecer de três formas diferentes:
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Ebulição: A mudança do estado líquido para o gasoso acontece ao se aquecer o sistema uniformemente, como no caso de uma chaleira em que parte da água evapora de acordo com o aquecimento.
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Calefação: A mudança do estado líquido para o gasoso acontece de forma súbita, pois o material sofre uma rápida e significativa mudança de temperatura. Um exemplo é quando a gota d’água cai sobre uma chapa quente.
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Evaporação: A mudança acontece gradativamente, pois apenas a superfície de contato do líquido com o restante do sistema evapora. Exemplo: secagem de roupas no varal.
- Condensação ou liquefação: passagem do estado gasoso para o estado líquido por meio de resfriamento.
- Solidificação: ocorre ao se reduzir ainda mais a temperatura, resultando no congelamento, isto é, passagem do estado líquido para o estado sólido.
- Sublimação: é a transição do estado sólido ao gasoso sem passar pelo estado líquido. Esse processo acontece quando a substância possui alto ponto de fusão e alta pressão de vapor. Exemplo: gelo-seco e naftalina.
Obs.: Utiliza-se o mesmo termo ou ressublimação para o processo inverso (passagem do estado gasoso para o sólido).
![Mudanças de estado físico](https://s1.static.brasilescola.uol.com.br/be/2020/06/1-estados-materia.jpg)
Outros estados físicos
Em 1932, Irving Langmuir, no Prêmio Nobel de Química, agregou o termo plasma a uma condição da matéria que já vinha sendo estudada desde 1879. Trata-se de um estado físico em que as partículas estão muito energizadas, têm um distanciamento entre elas e pouca ou nenhuma ligação entre as moléculas. Essas propriedades são bastante semelhantes às do estado gasoso, só que a energia cinética de um plasma é muito maior que a de um gás.
Esse tipo de condição da matéria não é comum na natureza terrestre, no entanto é abundante no Universo, visto que as estrelas são basicamente bolas de plasma em altas temperaturas. Artificialmente já se consegue manipular e agregar valor ao plasma, que é utilizado, inclusive, comercialmente em TVs de plasma, lâmpadas fluorecentes, condutores de LED, entre outros.
Em 1995, o condensado de Bose-Einstein foi estabelecido como um estado físico da matéria. Eric Cornell e Carl Weiman, utilizando ímãs e lasers, resfriaram uma amostra de rubídio, um metal alcalino, até que a energia entre as partículas estivesse próxima de zero. Experimentalmente, notou-se que as partículas se uniram, deixando de ser vários átomos e passando a se comportar em unidade, como um “superátomo”.
O condensado de Bose-Einstein tem características de um superfluido (fluido sem viscosidade e alta condutividade elétrica) e tem sido usado em estudos quânticos para investigar os buracos negros e o paradoxo de partículas-ondas.
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Exercícios resolvidos
Questão 1- (Facimpa) Observe:
I – Uma pedra de naftalina deixada no armário.
II – Uma vasilha de água deixada no freezer.
III- Uma vasilha de água deixada no fogo.
IV – O derretimento de um pedaço de chumbo quando aquecido.
Nesses fatos estão relacionados corretamente os seguintes fenômenos:
A) I. Sublimação; II. Solidificação; III. Evaporação; IV. Fusão.
B) I. Sublimação; II. Sublimação; III. Evaporação; IV. Solidificação.
C) I. Fusão; II. Sublimação; III. Evaporação; IV. Solidificação.
D) I. Evaporação; II. Solidificação; III. Fusão; IV. Sublimação.
E) I. Evaporação; II. Sublimação; III. Fusão; IV. Solidificação.
Resolução
Alternativa A.
I – Sublimação: A naftalina é um composto apolar e de ponto de ebulição muito alto. Esse composto vai do estado sólido ao gasoso sem passar pelo estado líquido.
II – Solidificação: A água submetida à baixa temperatura do freezer congela, o que quimicamente chamamos de solidificação, que é a passagem do estado líquido para o estado sólido.
III – Evaporação: A água deixada num vasilhame ao fogo sofre um aumento de temperatura. O ponto de ebulição da água é 100°C, sendo assim, quando o sistema atingir essa temperatura, ela começará a evaporar, passando do estado líquido para o estado sólido.
IV – Fusão: O chumbo tem ponto de fusão de 327,5°C, que é uma temperatura relativamente alta; no entanto, o derretimento do chumbo é um processo comum nas indústrias, que nada mais é do que a passagem do estado sólido para o estado líquido.
Questão 2 - (Mackenzie-SP)
Pela análise dos dados da tabela, medidos a 1 atm, podemos afirmar que, à temperatura de 40 ºC e 1 atm:
A) o éter e o etanol encontram-se na fase gasosa.
B) o éter encontra-se na fase gasosa, e o etanol, na fase líquida.
C) ambos se encontram na fase líquida.
D) o éter encontra-se na fase líquida, e o etanol, na fase gasosa.
E) ambos se encontram na fase sólida.
Resolução
Alternativa B. Se o ponto de ebulição é o ponto em que a substância passa para o estado gasoso, o etanol a 40°C ainda estará no estado líquido. Já o éter tem um ponto de ebulição mais baixo, que é 34°C, portanto, a 40°C, estará em estado gasoso.
Questão 3 – (Unicamp) Icebergs flutuam na água do mar, assim como o gelo em um copo com água potável. Imagine a situação inicial de um copo com água e gelo, em equilíbrio térmico à temperatura de 0°C. Com o passar do tempo, o gelo vai derretendo. Enquanto houver gelo, a temperatura do sistema
A) permanece constante, mas o volume do sistema aumenta.
B) permanece constante, mas o volume do sistema diminui.
C) diminui e o volume do sistema aumenta.
D) diminui, assim como o volume do sistema.
Resolução
Alternativa B. A temperatura mantém-se constante até que o iceberg derreta-se por inteiro, pois acontece uma troca de calor em busca de equilíbrio térmico entre as duas fases da matéria. A água é um dos poucos elementos que admitem densidade diferente para diferentes estados físicos do mesmo composto.
Visualmente podemos verificar que a densidade do gelo é menor. No caso do iceberg e em um copo com água e gelo, o gelo fica na superfície. Isso acontece porque, ao se congelar a água, no processo de formação do gelo, ela ganha volume, mas a massa mantém-se a mesma de quando era água no estado líquido. Portanto, quando o iceberg derrete, ocorre uma diminuição do volume do sistema.
Por Laysa Bernardes Marques de Araújo
Professor de Química