Gases, Sólidos e Líquidos

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RESUMO 
 Um gás é uma substância que se expande para ocupar todo o volume do recipiente que o contém. Gases são descritos dando-se valores às variáveis: pressão (P), volume (V), temperatura (T) e número de mols (n). Quando os valores de três destas quatro variáveis são conhecidos, o valor da quarta variável também pode ser conhecido. A equação matemática que relaciona essas variáveis é chamada equação de estado do gás. 
 O gás ideal é um estado hipotético. É um gás que obedece exatamente a cada uma das leis apresentadas como lei dos gases. A lei de Boyle descreve uma proporcionalidade inversa entre o volume e a pressão, à temperatura constante. A lei de Charles descreve uma proporcionalidade direta entre volume e temperatura absoluta (Kelvin), à pressão constante. De acordo com a lei de Charles, se um gás ideal fosse resfriado até o zero absoluto, seu volume se tomaria zero. O princípio de Avogadro estabelece que volumes iguais de gases diferentes, à mesma temperatura e pressão, contêm números iguais de moléculas. Essa é a base da lei de Gay-Lussac das combinações de volumes: quando medidas à mesma temperatura e pressão, as razões dos volumes dos gases reagentes e produtos de uma reação são expressos em números inteiros e pequenos. Esses números inteiros são os mesmos dos coeficientes em uma equação de reação balanceada. Quando o princípio de Avogadro é combinado com as leis de Boyle e Charles, o resultado é uma generalização extremamente útil, a lei do gás ideal. Usando esta relação, PV = nRT, qualquer das quatro variáveis P, V, Te n pode ser determinada para um gás se as outras forem conhecidas. R, a constante do gás ideal, tem vários valores e unidades, dependendo somente das unidades para P, V e T. A lei do gás ideal é um exemplo de uma equação de estado. 
Os sólidos são substâncias relativamente rígidas, inflexíveis e que são encontradas como cristais. As estruturas internas dos cristais são determinadas experimentalmente por meio da técnica de difração de raio x, na qual o diagrama dos raios x difratados pelo cristal é usado para calcular as posições dos átomos no retículo cristalino. Os retículos cristalinos apresentam formas geométricas diferentes. A cela unitária, pequena porção do retículo cristalino, pode ser usada para gerar a estrutura geométrica de todo o retículo. Um dos tipos de retículos é o retículo de empacotamento denso, que pode ser tanto empacotamento cúbico denso (ecd) ou empacotamento hexagonal denso (ehd). Em cada um destes, a eficiência de empacotamento, isto é, a capacidade do arranjo em preencher o espaço, é a máxima possível.
Sólidos iônicos consistem em cátions e ânions nos pontos do retículo cristalino. Sólidos moleculares consistem em moléculas que se atraem entre si por meio de forças de Van der Waals, que são geralmente fracas. Sólidos covalentes consistem em uma rede tridimensional de átomos ligados entre si por meio de ligações covalentes. Sólidos metálicos consistem em cátions envolvidos por uma nuvem de elétrons livres que pertencem a todo o cristal. 
Muitas das propriedades dos líquidos são intermediárias entre as dos sólidos e as dos gases. Isto é urna conseqüência do fato de no líquido as moléculas estarem quase tão próximas quanto nos sólidos, porém estão livres para se moverem de um local para o outro devido a não estarem presas dentro de um retículo cristalino. Os líquidos evaporam e, ao fazê-lo, tomam-se mais frios; durante a evaporação, as moléculas mais rápidas tendem a se perder na superfície de um líquido, o que diminui a energia cinética média das moléculas remanescentes na fase líquida. Quando um líquido evapora dentro de um recipiente fechado, um estado de equilíbrio dinâmico é estabelecido, no qual a velocidade de evaporação é igual à velocidade de condensação, A pressão de um gás em equilíbrio com seu líquido é chamada pressão de vapor do líquido. A pressão de vapor de um líquido aumenta com a temperatura, um aumento descrito quantitativamente pela equação de Clausius-Clapeyron, que relaciona temperatura, pressão de vapor e calor de vaporização. O calor de vaporização molar, ΔHvap, de um líquido é a quantidade de calor necessária para evaporar um mol. ΔHcond = –ΔHvap, onde ΔHcond é o calor de condensação molar. O ponto de ebulição de um líquido é a temperatura na qual sua pressão de vapor toma-se igual à pressão atmosférica. Mesmo sendo aquecido até o seu ponto de ebulição, um líquido pode não ebulir imediatamente, e como resultado a sua temperatura pode aumentar acima do ponto de ebulição, um fenômeno conhecido como superaquecimento.