FISICOM
Unidade 02: Calorimetria
Aula 07 - Mudanças de estado físico
Para falarmos do estado físico da matéria, vamos estudar um pouco mais o modelo que nos permite explicar isso: o modelo atômico.
"[...] todas as coisas compõem-se de átomos - pequenas partículas que se deslocam em movimento perpétuo, atraindo umas as outras quanto estão a certa distância, mas repelindo-se quando comprimidas umas contra as outras. " (Feynman, Richard P.)
Os átomos, nas substâncias, se agrupam para formar moléculas. As moléculas são definidas como as menores porções de uma substância que ainda mantém as mesmas propriedades física do todo. Vamos dar um exemplo: a molécula de água é constituída por 1 átomo de oxigênio e 2 átomos de hidrogênio. Essa é a menor estrutura que podemos conseguir preservando as propriedades da água. Separando esses átomos não há mais substância, mas hidrogênio e oxigênio.
Como já discutimos, as moléculas estão em contante movimento. Conforme o grau
de agitação das moléculas, sua liberdade para mover-se, podemos ter os estados
físicos da matéria. Basicamente, o que determina o estado físico de uma substância
é a pressão e temperatura a quais estão submetidas. Falaremos sobre pressão mais
a frente.
1. Estado sólido
Nessa condição, as moléculas estão consideravelmente ligadas umas as outras através de forças de origem elétrica (isso vocês verão com mais profundidade no terceiro ano). Neste estado, as moléculas (ou átomos) têm posições mais fixas, isto é, movem-se com maiores restrições devido a proximidade com as outras. Os sólidos podem apresentar estruturas moleculares em arranjos geométricos bem definidos, o que chamamos de estrutura cristalina, mas também podem organizar-se sem nenhum padrão, os quais chamamos de amorfos.
Exemplos de estruturas cristalinas (grafeno, grafito, diamante) e de um sólido amorfo (vidro):
Outra característica dos sólidos é que possuem forma e volume constantes.
2. Estado líquido
No estado líquido, o grau de interação das moléculas é menor, isso significa que elas estão menos ligadas que no estado sólido. Dessa forma, as moléculas não possuem uma posição fixa, podendo apresentar maior grau de movimentação. A força que mantém as moléculas unidas (força de coesão) é fraca para manter uma forma definida (como nos sólidos), mas é suficientemente forte para manter uma relação ente as moléculas, fazendo-as mutuamente dependentes.
Os líquidos possuem volume definido, mas assumem a forma do recipiente que os contêm.
(a) Representação da água no estado sólido (b) Representação da água no estado líquido
3. Estado gasoso
Nessa condição, as moléculas possuem tanta energia cinética que as forças de interação não conseguem manter relação alguma entre elas. Isso significa que, o grau de interação entre as moléculas é nula. No estado gasoso, a substância ocupa todo o volume do recipiente que a contém.
No estado gasoso, as substâncias não têm nem forma nem volume bem definidos.
Abaixo, um esquema representando as fases da matéria:
Sólido Líquido Gasoso
Dessa forma, temos que, o que difere um estado físico de outro é, basicamente, o grau de interação ou de correlação que as moléculas apresentam entre si.
No estado sólido, há o maior grau de interação entre as moléculas, pois elas estão fortemente ligadas, no estado líquido, isso é mais reduzida. Já no estado gasoso, a interação entre moléculas é nula.
Para entendermos porque as substâncias mudam de fase ao se aquecerem ou resfriarem, deveremos falar um pouco sobre calor latente. Isso é o assunto da próxima aula.
