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FÍSICO-QUÍMICA APLICADA A FARMÁCIA
Aula 02: Estados de agregação da matéria
AULA 02: ESTADOS DE AGREGAÇÃO DA MATÉRIA
Físico-química aplicada a farmácia
AULA 01: NOME DA AULA
Disciplina
Objetivos desta aula
Conhecer as características dos estados da matéria;
Compreender o comportamento de cada um deles;
Estabelecer visão multidisciplinar dos conteúdos ministrados;
Relacionar com as outras disciplinas;
Definir a importância para a sua atividade profissional.
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Físico-química aplicada a farmácia
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Disciplina
Estado gasoso
Características físico-moleculares dos gases
As substâncias que são gases à temperatura ambiente tendem a ser substâncias moleculares com massas molares baixas. O ar, uma mistura composta principalmente de N2 e O2 , é o gás mais comum que encontramos.
Os gases são compressíveis, misturam-se em todas as proporções porque suas moléculas componentes estão afastadas uma das outras.
Nos gases, as forças atrativas intermoleculares são desprezíveis se comparadas às energias cinéticas das moléculas; portanto, as moléculas estão muito separadas e sofrem movimento caótico constante.
Os gases não apresentam forma e volume definidos. Apresenta a forma do recipiente que o contém e, devido à pequena força de atração entre as moléculas, tende a se expandir e ocupar todo o volume do recipiente, independentemente de sua capacidade.
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Físico-química aplicada a farmácia
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Estado gasoso
Gases Ideais
Nos gases ideais ou gases perfeitos, o movimento das moléculas aumenta com o aumento da temperatura.
Devido às forças intermoleculares serem desprezíveis, as moléculas se encontram muito separadas uma das outras e, consequentemente, as sua trajetórias são muito pouco perturbadas.
Para descrever o estado ou a condição do gás, devemos especificar quatro variáveis: pressão (𝐏), volume (𝐕), temperatura (𝐓) e quantidade de gás (𝐧).
O volume geralmente é medido em litros (L), a temperatura em Kelvin (K) e a quantidade de gás, em mols (n).
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Estado gasoso
Gases Ideais
A pressão é a força por unidade de área. É expressa em unidades do SI como pascals, Pa (1 Pa = 1 N/m2 = 1 Kg/m-1s-2). Uma unidade relacionada, o bar, é igual a 105 Pa.
Na química, a pressão atmosférica padrão é usada para definir a atmosfera (atm) e o torr (também chamado milímetro de mercúrio). Uma atmosfera de pressão é igual a 101,325 Kpa, ou 760 torr.
Um barômetro é usado muitas vezes para medir a pressão atmosférica. Um manômetro pode ser usado para medir a pressão em gases em sistemas fechados.
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Estado gasoso
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Estado gasoso
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Estado gasoso
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Estado gasoso
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Disciplina
Gases Reais
A equação de van der Waals é uma equação de estado para os gases que modifica a equação do gás ideal para explicar o volume molecular intrínseco e as forças moleculares.
Estado gasoso
Onde 𝐚 e 𝐛 são tabelados e específicos para cada substância; 𝐚 representa as forças de atração entre as moléculas; e 𝐛 representa a forma e o volume das moléculas – co-volume (termo de repulsão).
Legado de van de Waals → existem forças que agem entre as moléculas e as moléculas têm tamanho/volume.
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Estado líquido
Estrutura dos líquidos
Nos líquidos, as forças intermoleculares entre as partículas são fortes o suficiente para manter as moléculas próximas, todavia as moléculas estão livres para se moverem umas em relação às outras.
As partículas apresentam-se relativamente distante entre si. Os líquidos não apresentam forma definida, mas possuem um volume definido.
Exemplo: Um litro de água em uma garrafa terá o formato da garrafa. Se transferirmos essa água para uma jarra, seu formato mudará, porém continuará sendo um litro.
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Estado líquido
Principais propriedades dos líquidos
Viscosidade
A resistência de um líquido para fluir é chamada viscosidade. Quanto maior a viscosidade de um líquido, mais lentamente ele flui.
A viscosidade pode ser medida ao se marcar quanto tempo determinada quantidade do líquido leva para fluir por um tubo fino sob a força gravitacional. 
Líquidos mais viscosos levam mais tempo. A viscosidade também pode ser determinada quando se mede a taxa na qual esferas de aço caem pelo líquido. As esferas caem mais lentamente à medida que a viscosidade aumenta.
A unidade comum de viscosidade é o poise, que é igual a 1 g/cm.s – frequentemente a viscosidade é relatada em centipoise (cP), que é 0,01 poise (P).
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Estado líquido
Principais propriedades dos líquidos
Viscosidade
A viscosidade está relacionada com a facilidade de moléculas individuais de líquidos poderem mover-se em relação às outras.
Logo, ela depende das forças atrativas entre as moléculas e do fato de existirem ou não características estruturais que façam as moléculas se tornarem emaranhadas.
Para determinada substância, a viscosidade diminui com o aumento da temperatura. 
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Estado líquido
Principais propriedades dos líquidos
Tensão superficial
A tensão superficial é a energia necessária para aumentar a área superficial de um líquido em quantidade unitária.
Por exemplo, a tensão superficial da água a 20oC é 7,29 x 10-2 J/m2, que significa que se deve fornecer uma energia de 7,20 x 10-2 J para aumentar a área superficial de determinada quantidade de água em 1 m2.
As forças intermoleculares que unem moléculas similares, como as ligações de hidrogênio na água, são chamadas forças coesivas. As forças intermoleculares que unem uma substância à superfície são chamadas forças adesivas.
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Estado líquido
Principais propriedades dos líquidos
Tensão superficial
A água colocada em um tubo de vidro adere ao vidro porque as forças adesivas entre a água e o vidro são ainda maiores que as forças coesivas entre as moléculas de água. A superfície curvada para cima, ou menisco, da água tem portanto formato de U.
Entretanto, para o mercúrio, o menisco é curvado para baixo, onde o mercúrio entra em contato com o vidro. Nesse caso, as forças coesivas entre os átomos de mercúrio são muito maiores que as forças adesivas entre os átomos de mercúrio e o vidro.
Quando um tubo de vidro de diâmetro pequeno, ou capilar, é colocado na água, a água sobe no tubo. A subida do líquido em tubos muito estreitos é chamada ação capilar. As forças adesivas entre o líquido e as paredes do tubo aumentam a área superficial do líquido.
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DisciplinaEstado líquido
Principais propriedades dos líquidos
Tensão superficial
A tensão superficial do líquido tende a reduzir a área, em consequência atraindo o líquido para cima no tubo.
O líquido sobe até que as forças adesivas e coesivas sejam equilibradas pela força da gravidade no líquido.
O efeito da tensão superficial permite que um clipe colocado com muito cuidado na superfície da água flutue e alguns insetos caminhem na água mesmo se suas densidades forem maiores que a da água.
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Estado líquido
Principais propriedades dos líquidos
Miscibilidade
A miscibilidade é a propriedade de duas ou mais substâncias se misturarem em quaisquer proporções, formando uma solução homogênea, em certos intervalos de temperatura, pressão e composição. O termo é usado com maior frequência para líquidos, mas também se aplica a sólidos e a gases.
A miscibilidade de dois materiais costuma ser determinada opticamente. Quando dois líquidos miscíveis são combinados, a mistura resultante é límpida. Se a mistura for translúcida ou apresentar duas fases distinguíveis a olho nu, então são compostos imiscíveis.
No entanto, é preciso ter em atenção que dois compostos imiscíveis com índices de refração similares podem originar misturas límpidas, levando a crer que se trata de compostos miscíveis.
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Estado líquido
Principais propriedades dos líquidos
Ponto de ebulição
Quanto mais alta a pressão de vapor de um líquido, mais rapidamente ele evapora e mais volátil ele é. A pressão de vapor aumenta de maneira não linear em relação à temperatura.
Um líquido entra em ebulição quando sua pressão de vapor for igual à pressão externa agindo na superfície do líquido. Nesse ponto, as bolhas de vapor são capazes de se formar no interior do líquido.
A temperatura de ebulição aumenta com o aumento da pressão externa. O ponto de ebulição de um líquido a 1 atm de pressão é chamado ponto de ebulição normal.
Como todos os líquidos, a água ferve quando sua pressão de vapor atinge sua pressão circundante. Na natureza, a pressão atmosférica é menor nas altitudes mais elevadas, de forma que a água entra em ebulição a uma temperatura mais baixa.
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Estado sólido
Estrutura dos sólidos
Nos sólidos, as forças atrativas entre as partículas (átomos, moléculas ou íons) são fortes o suficiente para restringir o movimento molecular e forçar as partículas a ocupar posições específicas em um arranjo tridimensional.
Devido a essa união, os sólidos apresentam grande resistência à fragmentação, além de possuírem forma e volume definidos.
Os sólidos podem ser classificados como cristalinos ou amorfos (não cristalinos).
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Estado sólido
Estrutura dos sólidos
Em um sólido cristalino, os átomos, íons ou moléculas estão ordenados em arranjos bem-definidos.
Esses sólidos, geralmente, têm superfícies planas ou faces que fazem ângulos definidos entre si.
As pilhas regulares de partículas que produzem essas faces também fazem com que os sólidos tenham formas altamente regulares.
O quartzo e o diamante são sólidos cristalinos.
SiO2 cristalino
(quartzo)
Cristais
de quartzo
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Estado sólido
Estrutura dos sólidos
Sólido amorfo é aquele cujas partículas não têm estrutura regular. Eles não possuem faces e formas bem-definidas. Agrupam-se de maneira desordenada.
Muitos sólidos amorfos são misturas de moléculas que não se encaixam muito bem.
A maioria dos outros são compostos de moléculas grandes e complicadas.
Sólidos amorfos familiares são a borracha e o vidro. 
SiO2 amorfo (vidro)
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Estado sólido
Estrutura dos sólidos
Como as partículas de um sólido amorfo não apresentam uma ordem definida em longas distâncias, as forças intermoleculares variam em intensidade por toda a amostra.
Assim, os sólidos amorfos não se fundem a temperaturas específicas. Em vez disso, eles se tornam macios durante uma faixa de temperatura à proporção que as forças intermoleculares de várias intensidades são rompidas.
Um sólido cristalino, ao contrário, funde-se a temperatura específica.
A ordem característica dos sólidos nos permite transferir uma imagem do cristal inteiro olhando apenas uma pequena parte dele.
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Estado sólido
Estrutura dos sólidos
A unidade do sólido que se repete (o “tijolo” cristalino) é conhecida como célula unitária.
Ao lado é ilustrado um desenho de papel de parede mostrando um padrão repetitivo característico.
Cada quadrado branco pontilhado representa uma célula unitária do padrão repetitivo.
A célula unitária poderia ser igualmente selecionada com as figuras vermelhas nos vértices.
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Estado sólido
Estrutura dos sólidos
Um sólido cristalino pode ser representado por uma rede tridimensional de pontos, cada um dos quais representando uma vizinhança idêntica no cristal.
Tal rede de pontos é chamada rede cristalina.
Podemos imaginar a formação da estrutura cristalina como um todo arranjando os conteúdos da célula unitária repetidamente em uma rede cristalina.
Rede cristalina simples e
respectiva célula unitária
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Estado sólido
Estrutura dos sólidos
Existem três tipos de célula unitária cúbicas como ilustrado na figura.
Quando os pontos de rede estão somente nos vértices, a célula unitária é chamada cúbica simples.
Quanto também aparece um ponto da rede no centro da célula unitária, a célula é cúbica de corpo centrado.
Quando a célula tem pontos de rede no centro de cada face, bem como em cada vértice, ela é cúbica de face centrada.
Cúbica
Simples (CS)
Cúbica de corpo
centrado (CCC)
Cúbica de face 
centrada (CFC)
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Estado sólido
Estrutura dos sólidos
Tipos de sólidos cristalinos
Obs.: As propriedades físicas dependem tanto dos arranjos da partículas quanto das forças atrativas entre elas.
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Saiba mais
Aprofundar os temas trabalhados
Gases Ideais.
Disponível em: <http://www.ufjf.br/quimicaead/files/2013/05/Aula5_FQI.pdf>.
Acesso em: 21 abr. 2017.
Gases Reais.
Disponível em: <http://www.ufjf.br/quimicaead/files/2013/05/YAula6_FQI.pdf>.
Acesso em: 21 abr. 2017.
Sólido, líquido e gasoso: fases ou estados físicos?
Disponível em: <http://www.sbq.org.br/eneq/xv/resumos/R0939-1.pdf>.
Acesso em: 20 abr. 2017.
Estado Sólido na Indústria Farmacêutica: Uma Breve Revisão.
Disponível em: <http://rvq.sbq.org.br/imagebank/pdf/v7n6a13.pdf>. Acesso em: 21 abr. 2017.
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VAMOS AOS PRÓXIMOS PASSOS?
 
Conceitos básicos da termodinâmica;
Calor, trabalho e energia interna; 
Medidas do trabalho.
AVANCE PARA FINALIZAR A APRESENTAÇÃO.
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