Interpretação microscópica de temperatura

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TEMPERATURA E CALOR: INTERPRETAÇÃO MICROCÓPICA
 Temperatura é uma mediada do grau de agitação ou de movimento das partículas. Quanto maior a temperatura de uma substância, maior é a quantidade de movimento das partículas que as constitui, ou seja, maior é a energia cinética média dessas partículas. Ainda, para que haja uma variação na temperatura de qualquer substância deve haver uma variação na energia cinética média de suas partículas. É importante lembrar que para qualquer substância a uma dada temperatura, seja ela líquida, gasosa ou sólida, existem partículas com energia cinética média. A energia cinética das partículas de uma substância é melhor representada através de uma distribuição de energias cinéticas, a qual é função da temperatura, da massa das partículas e do estado físico da substância. Porém, a uma dada temperatura, a energia cinética média das partículas de qualquer substância em qualquer estado físico é a mesma. As figuras 1 e 2 ilustram estes aspectos.
Figura 1 – distribuição das energias cinética das moléculas de um líquido, onde T2>T1.
Figura 2 – gráfico do número relativo de moléculas com uma dada velocidade em função da velocidade das moléculas uma dada temperatura.
 Outro ponto importante é a relação entre energia cinética, massa e velocidade. Devemos lembrar que energia cinética não é sinônimo de velocidade, pois Ec=1/2mv², e portanto, depende tanto da velocidade quanto da massa da partícula. Partículas com a mesma energia cinética podem ter velocidades diferentes se suas massas forem diferentes. Assim, numa dada temperatura, partículas leves e pesadas, embora possuam a mesma energia cinética média, se movimentam com velocidades diferentes – as de maior massa com menor velocidade que as de menor massa. A figura 3 ilustra esse aspecto no caso de alguns gases.
Figura 3 – Efeito da massa molar na curva de distribuição de velocidade molecular a uma dada temperatura.
 A temperatura não é uma grandeza que varia com quantidade de substância, por exemplo: se a temperatura de 10.000L de água é 50°C, a temperatura de uma fração desse volume, por exemplo 1ml, é também 50°C. Entretanto, não faz sentido falar na temperatura de uma única partícula, assim 
como não faz sentido atribuir estado físico a uma única partícula.
 Calor (Q) é uma grandeza muito diferente da temperatura. O conceito de calor é muitas vezes obscurecido pela tendência histórica de imaginá-lo como “algo que flui”. Anteriormente ao modelo atômico de Dalton, nos séculos XVII e XVIII, grande parte dos cientistas acreditava que o calor era uma substância que fazia parte da matéria. Nesta época acreditava-se que os fenômenos térmicos estavam relacionados à presença de um “fluído sutil” que permeava a matéria, ao qual deu-se o nome de “calórico”. A idéia básica era que tal fluido penetrava nas substâncias, quando aquecidas. Pela “teoria do calórico”, o aquecimento dos corpos por fricção era causado pelo “vazamento” desse fluído sutil, como ocorre com a água contida em uma esponja, quando espremida.
 É importante notar que uma teoria como a do calórico, que lança mão de um fluído, imponderável, que penetra na matéria sem resistência, na verdade explicava muito pouco. Uma teoria verdadeira deve ser capaz de fazer previsões, isto é, deve ser possível a partir de suas hipóteses, adiantar resultados experimentais que coloquem à prova a veracidade de tais hipóteses. A teoria do calórico não só foi incapaz de produzir quaisquer previsões, como também soava muito artificial. O problema era que sua rival – a teoria que tratava o calor como essencialmente movimento – exigia uma compreensão da estrutura da matéria ainda não disponível.
 Na realidade o calor não é uma substância. Calor é uma forma de energia, assim como as energias elétrica, mecânica e eletromagnética, e é uma das maneiras pelas os sistemas traçam energia. É importante ressaltar que não existe calor nos objetos, assim como não há música na agulha de um toca discos ou dor na ponta da broca de dentista. Calor é energia em trânsito, que somente se manifesta quando existe uma diferença de temperatura entre dois ou mais sistemas em contato, no sentido de equalizar suas temperaturas, ou seja, alcançar o equilíbrio térmico.
 Calor e temperatura são conceitos que se relacionam, mas não são equivalentes. Sendo a temperatura a medida do grau de movimento das partículas que constituem os materiais, o calor pode ser entendido como a energia associada a toca de uma certa quantidade de movimento das partículas de um material para as de outro material, quando as partículas que constituem cada um deles possuem diferentes graus de movimento, ou seja, energia cinética média diferente. No equilíbrio térmico, quando as partículas de ambos materiais possuem o mesmo grau de movimento não há mais troca de quantidade de movimento que resulte na alteração de energia cinética média.
 Mas como as partículas perdem ou ganham energia cinética? Devido ao próprio movimento das partículas ocorrem inúmeros choques entre elas, os quais podem resultar na alteração de suas velocidades e, portanto na alteração de suas energias cinéticas. Quando misturarmos duas porções de água em temperaturas diferentes, ocorrem um numero muito grande de choques entre todas as partículas da mistura, que resulta na alteração de suas velocidades e, portanto, na alteração de suas energias cinéticas. Após um grande numero de choques, a energia cinética media das partículas de cada porção de água será a mesma e intermediaria as iniciais. O fato da energia cinética media das partículas da mistura ser a mesma são significa que não ocorram mais choques entre as partículas. Isto só significa que os choques não resultam mais na alteração da energia cinética media.
 
BIBLIOGRAFIA:
1. kotz, J.C.; Purcell, K.F. Chemistry and Chemical Reactivity, Saunders College Publishing, New York, 1991. 
2. Snyder, C.H. The Extraordinary Chemistry of Ordinary Things, John Wiley & Sons, New York, 1995.
3. Quadros, S. A Termodinâmica e a Invenção das Maquinas Térmicas, Ponto de Apoio, Editora Scipione, São Paulo, 1996.
4. Os livros que se encontram listados no programa da disciplina FQ 3.