A matéria pode se encontrar em três
estados físicos distintos: sólido, líquido e gasoso.
Assim
a água, o vapor e o gelo são diferentes, porém todos são a mesma matéria,
apenas se encontram em diferentes
estados físicos.
O
estado de agregação da matéria está relacionada com a energia cinética das
partículas (moléculas e íons) constituintes, e também com as forças de atração
entre as mesmas.
ESTADO SÓLIDO
Corpos
sólidos são aqueles que apresentam forma
própria e definida, que lhe atribuem um volume também definido. Pequenas variações de temperatura e pressão
não vão causar grandes modificações na forma ou no volume dos sólidos.
Um
corpo sólido é rígido. A rigidez é
causada por grandes forças de coesão
existentes entre as partículas que constituem os corpos sólidos. Como exemplo
podemos citar uma barra de ferro, um pedaço de alumínio.
ESTADO LÍQUIDO
No
estado líquido, encontramos menores
forças de coesão entre as partículas do que no estado sólido. As partículas
têm menores forças atrativas entre si e se movem continuamente. Isso faz com
que uma porção de líquido possa ocupar formas diferentes, dependendo do
recipiente.
Portanto,
uma substância no estado líquido apresenta volume
próprio, como os sólidos, mas não
apresenta forma própria.
Dizemos
que os líquidos apresentam fluidez,
ou seja, possuem a forma do recipiente que os contém.
ESTADO GASOSO
Um
gás ocupa o maior volume possível no interior de um recipiente. Praticamente
não há forças de coesão entre as partículas, que estão em constante e grande
movimentação.
A fluidez de um gás é total. Os gases não têm forma nem volume fixos. Há
muito espaço entre as partículas, e estas estão em constante e rápida
movimentação.
Ainda, o
estado físico de uma substância depende das condições de pressão e temperatura a
que está submetida, podendo haver uma mudança de estado, se uma dessas
condições, ou ambas, for alterada.
MUDANÇAS DE ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA
Como foi dito anteriormente, o
estado físico em que se encontra a matéria depende das condições de pressão e
temperatura a que ela está submetida.
As
mudanças de estado físico podem ser resumidas no quadro a seguir:
FUSÃO
Se fornecermos calor (energia) a
uma barra de alumínio, que nas condições ambientais se encontra no estado
sólido, ao atingir uma temperatura de 660 ºC (Celsius) seu retículo cristalino
se desfaz, suas partículas constituintes se desligam, adquirindo assim, a
configuração dos líquidos.
O
que observamos foi uma mudança de estado, de sólido para líquido, que chamamos
de fusão. Com isso, podemos dizer
que o ponto de fusão do alumínio às condições normais de pressão é de 660 ºC.
Ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual
coexistem os estados sólido e líquido sob uma certa pressão.
Se
retirarmos, de uma geladeira, um pedaço de gelo, que está a 10 ºC abaixo de
zero e o abandonarmos sobre uma mesa, o próprio meio ambiente irá aquecer o
gelo; quando este chegar a
0
ºC, começara a “derreter” ou “fundir-se” transformando-se em água líquida; daí
por diante, a própria água líquida irá se aquecendo até chegar à temperatura
ambiente. Diremos então que 0 ºC é o ponto
de fusão do gelo. Essa transformação pode ser representada pelo gráfico:
Observe no gráfico o trecho central e horizontal da curva
(também chamado de “patamar”). Esse trecho indica que, enquanto o gelo está derretendo, o tempo vai passando, mas a temperatura permanece constante (no
caso 0 ºC) ¾
esta é a chamada temperatura de fusão ou
ponto de fusão da substância.
Generalizando,
devemos dizer que, sempre que uma substância
pura muda de estado físico, a temperatura
permanece constante enquanto a mudança estiver se processando.
Isto
equivale a dizer que o gráfico da variação da temperatura em função do tempo correspondente a uma substância pura
sempre apresentará um trecho horizontal ¾ no intervalo
de tempo no qual a substância estiver mudando de estado; se a substância não for pura, o trecho deixará de ser
horizontal.
Somente
depois de todo o sólido ter se transformado em líquido é que a temperatura
volta a aumentar.
Par
finalizar, devemos lembrar que os pontos de fusão variam muito de uma
substância para outra.
Por
exemplo, à pressão de uma atmosfera (1 atm.) a temperatura em que ocorre a
fusão de:
Gelo
----------------------------------------
0 ºC
Açúcar
comum---------------------------- 189 ºC
Sal comum
-------------------------------- 801 ºC
Ferro
--------------------------------------- 1536 ºC
Metal tungstênio
-------------------------- 3410 ºC
É importante
saber que cada substância apresenta
uma determinada temperatura de mudança de estado físico, para uma determinada pressão, portanto, os pontos de mudança de
estado são propriedades específicas da
matéria.
SOLIDIFICAÇÃO
Retirando-se
calor (energia) de um corpo que nas condições ambientais se encontra no estado
líquido, ao atingir determinada temperatura (ponto de solidificação) suas
partículas constituintes se aproximam, sua energia cinética diminui e o corpo
passa ao estado sólido.
Assim,
solidificação é a mudança de estado físico em que um corpo passa do estado
líquido para o estado sólido.
Ponto de solidificação de uma substância é a
temperatura na qual coexistem os estados líquido e sólido sob uma certa
pressão.
Representando graficamente teríamos:
O ponto de solidificação também varia
muito de uma substância para outra:
Água
----------------------------------------- 0 ºC
Glicerina
------------------------------------ 17 ºC
Álcool comum
----------------------------- 114 ºC abaixo de zero
Éter comum
-------------------------------- 123 ºC abaixo de zero
EBULIÇÃO
Consideremos um recipiente com
água: a pressão atmosférica age sobre a superfície da água; é uma barreira para
as moléculas da água passarem do estado líquido para o gasoso.
Quanto
maior for essa pressão, maior será a barreira, e, maior será a temperatura de
mudança de estado. Se a pressão for menor, menor será a barreira, e a mudança
do estado líquido para o gasoso se processará a uma temperatura menor.
Á
beira-mar, a água irá ferver a 100 ºC e a temperatura não se altera enquanto a água
estiver fervendo. Diremos então que 100ºC é o ponto de ebulição da água, no lugar em que estamos.
O
gráfico representativo dessa experiência é:
Se aquecermos uma substância pura,
líquida, até o seu ponto de ebulição, ela passa para o estado gasoso. Durante a
mudança de estado, a temperatura permanece constante.
Notem
que ao falar de ebulição da água, insistimos em dizer “ebulição da água a
beira-mar”. E por quê? Porque o ar atmosférico, sendo matéria, tem peso e o
peso, ou melhor dizendo a pressão (
pressão é o peso aplicado a cm2 de superfície, por exemplo) do ar
atmosférico “atrapalha” a saída dos vapores d’água. Se a pressão atmosférica
for maior, a água encontrará maior dificuldade em vaporizar e,
conseqüentemente, só irá ferver numa temperatura mais alta. O contrário
acontecerá se a pressão atmosférica for menor.
Ao
nível do mar todos os corpos suportam a pressão atmosférica terrestre “inteira”
¾
é a chamada pressão normal. Pelo
contrário, viajando-se para lugares mais altos, teremos cada vez “menos
atmosfera” sobre os corpos, de modo que a água (ou qualquer outra substância)
ferverá com mais facilidade, isto é, em temperatura menor, Por exemplo: em São
Paulo (altitude 700 m) a água ferve a 97 ºC.
O
ponto de ebulição varia muito de uma substância para outra; assim por exemplo,
sob pressão normal (correspondente
ao nível do mar):
Éter comum
------------------------------------------------------- 35 ºC
Acetona
------------------------------------------------------------ 57 ºC
Álcool comum
---------------------------------------------------- 78,5 ºC
Glicerina ---------------------------------------------------------- 291 ºC
Mercúrio
----------------------------------------------------------- 357 ºC
Chumbo
------------------------------------------------------------ 1725 ºC
Ferro
---------------------------------------------------------------- 3000 ºC
Tungstênio
--------------------------------------------------------- 5930 ºC
EVAPORAÇÃO
Se
deixarmos um recipiente com água ao ar livre, algumas moléculas podem passar do
estado líquido para o gasoso, mas numa intensidade bem menor. Isso acontece
porque as moléculas se movimentam e, ao atingirem a superfície do líquido, já
com uma velocidade superior à velocidade média, conseguem vencer a barreira e
escapar para o meio gasoso. A esse processo chamamos evaporação.
COMPARANDO EBULIÇÃO E EVAPORAÇÃO
1- Para que uma
substância entre em ebulição a uma determinada pressão, deve receber calor
suficiente para elevar a temperatura do líquido até atingir o seu ponto de
ebulição. Para ocorrer a evaporação basta
o calor do Sol que aquece a superfície exposta dos líquidos. Não devemos
esquecer que outras formas de energia, como aquela do ar em movimento, também
colaboram para a vaporização.
2- A ebulição é
um processo intenso, violento e tumultuoso, onde ocorre formação de bolhas. A evaporação, é um processo gradativo, calmo
e mais lento.
A
ebulição se processa em todo líquido. A
evaporação é um processo de superfície.
Evaporação é a passagem do estado líquido para o
gasoso nas condições ambientais (de pressão e temperatura).
FATORES QUE INFLUEM NA EVAPORAÇÃO
1-
Superfície exposta: quanto maior for a superfície do líquido em
exposição, maior será a velocidade da evaporação. Isso acontece porque um maior
número de moléculas passa para o estado gasoso.
2-
Temperatura: A elevação da
temperatura aumenta a velocidade de evaporação, uma vez que, em temperaturas
mais elevadas, as moléculas se movimentam mais intensamente, e assim, um maior
número delas passa para o meio gasoso.
3-
Pressão atmosférica:
como vimos, quanto maior a pressão externa, maior é a barreira que as moléculas
devem enfrentar para passar ao estado gasoso, portanto, menor a velocidade da
evaporação.
4-
Natureza do líquido: é o que diz respeito à volatilidade de um
líquido, ou seja, a facilidade que esse líquido se evapora. Como exemplo de
líquidos bastante voláteis podemos citar o álcool, o éter e a acetona.
5-
Movimentação do ar: Quanto maior a movimentação maior a taxa de
evaporação.
6-
Umidade relativa do ar: quanto maior a umidade do ar, menor é a
tend6encia das moléculas de água passarem para o meio gasoso.
OBSERVAÇÃO: TANTO A EBULIÇÃO QUANTO A EVAPORAÇÃO RECEBEM
O NOME GENÉRICO DE VAPORIZAÇÃO
CONDENSAÇÃO OU LIQUEFAÇÃO
Condensação
é a mudança de estado físico em que um corpo passa do estado gasoso para o
estado líquido.
Você
já teve oportunidade de observar que a tampa da panela em que cozinhamos
alimentos fica cheia de água. Você sabe por que isso ocorre? Durante a
ebulição, a água se transforma em vapor que, ao tocar a superfície fria da
tampa, volta novamente para o estado líquido. É o fenômeno da condensação,
também chamada de liquefação
Ponto de liquefação ou condensação é a
temperatura em que coexistem os dois estados físicos: líquido + vapor.
A
matéria no estado gasoso volta para o estado líquido (condensação ou
liquefação) à mesma temperatura em que o líquido entrou em ebulição. Também
nessa passagem, a temperatura permanece constante. Representando graficamente
teríamos:
O gráfico
representativo dessa experiência é:
Damos abaixo os pontos de liquefação de alguns gases (sob pressão normal):
Gás
amoníaco --------------------------------------- 33 ºC abaixo de zero
Gás
carbônico --------------------------------------- 78 ºC abaixo de zero
Oxigênio
---------------------------------------------
183 ºC abaixo de zero
Hidrogênio
------------------------------------------
253 ºC abaixo de zero
SUBLIMAÇÃO
Sublimação é a passagem direta
de uma substância do estado sólido para o estado de vapor e vice-versa.
Existem substâncias sólidas,
como a naftalina, a cânfora, e o iodo, que nas condições normais de pressão e
temperatura se transformam espontaneamente em vapor, sem passar pelo estado
liquido.
Quando o vapor dessas
substâncias se resfria pode ocorrer o fenômeno inverso: voltam ao estado
sólido. Ambos os fenômenos chamam-se sublimação.
