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1 9º ano ciências Estados físicos da matéria 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. • 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. 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. • 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. • 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. 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. • 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. https://brasilescola.uol.com.br/fisica/pressao.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/ouro.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/liquidos.htm https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-sao-forcas-intermoleculares.htm#:~:text=O%20que%20s%C3%A3o%20for%C3%A7as%20intermoleculares%3F,liga%C3%A7%C3%B5es%20covalentes%20interagem%20ente%20si. https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-sao-forcas-intermoleculares.htm#:~:text=O%20que%20s%C3%A3o%20for%C3%A7as%20intermoleculares%3F,liga%C3%A7%C3%B5es%20covalentes%20interagem%20ente%20si. https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-sao-forcas-intermoleculares.htm#:~:text=O%20que%20s%C3%A3o%20for%C3%A7as%20intermoleculares%3F,liga%C3%A7%C3%B5es%20covalentes%20interagem%20ente%20si. https://brasilescola.uol.com.br/geografia/agua.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/gases-.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/gas-helio.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/gas-helio.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/gases-nobres.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/gases-nobres.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/gases-nobres.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/densidade.htm https://brasilescola.uol.com.br/videos/ponto-fusao-ponto-ebulicao.htm https://brasilescola.uol.com.br/videos/ponto-fusao-ponto-ebulicao.htm https://brasilescola.uol.com.br/videos/temperatura.htm 2 • Vaporização: passagem do estado líquido para o estado gasoso. Esse processo pode acontecer de três formas diferentes: 1. 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. 2. 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. 3. 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). • 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, atéque 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. https://brasilescola.uol.com.br/curiosidades/premio-nobel.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/plasmaoutro-estado-materia.htm https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-condensado-boseeinstein.htm https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-condensado-boseeinstein.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/rubidio.htm