Estados físicos da matéria e fatores que influenciam na mudança dos estados físicos

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Ciências da Natureza e suas 
Tecnologias - Ciências
Ensino Fundamental, 9º Ano
Estados físicos da matéria e fatores que 
influenciam na mudança dos estados físicos
Vamos começar este estudo fazendo algumas perguntas ...
É possível uma substância estar em mais de um estado físico ao mesmo tempo?
Mas antes de responder, precisaremos conhecer alguns conceitos fundamentais da Física ...
Existe alguma diferença entre Vapor e Gás?
Por que conseguimos cozinhar o alimento mais rapidamente utilizando uma panela de pressão?
Por que nas montanhas a água ferve abaixo de 100ºC?
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Estados Físicos da Matéria
Estados físicos da matéria ou fases são as diferentes formas de como uma substância pode se apresentar no espaço.
Sólido
Líquido
Vapor
Os principais são:
Imagem: Almirante Harley D. Nygren / domínio público.
Imagem: kkic / GNU Free Documentation License.
Imagem: Kevin Saff / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.
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É quando os átomos das moléculas constituintes da matéria estão em um estado de agitação baixo, podendo ser concentrados mais átomos em um mesmo espaço físico. Possui forma e volume fixos.
Ex.: Bola de bilhar. 
Por exemplo, a bola de bilhar, pode ser colocada em qualquer tipo de recipiente que ela não tomará a forma do recipiente, e o seu volume não vai aumentar ou diminuir.
A força de atração é maior que a força de repulsão entre suas moléculas
Sólido
Sólido
Imagem: Benjah-bmm27 / domínio público.
Imagem: Stanton McCandish /  GNU Free Documentation License.
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Líquido
Ocorre quando as moléculas já estão um pouco mais dispersas em relação à mesma matéria no estado sólido. Substâncias no estado líquido têm volume fixo, porém a sua forma pode variar. 
A força de atração é aproximadamente igual à força de repulsão entre suas moléculas
Por exemplo, a água, se estiver em um copo, toma a forma do copo, se estiver na jarra, fica na forma da jarra.
Ex.: Água. 
Líquido
Imagem: P99am / GNU Free Documentation License.
Imagem: Walter J. Pilsak / GNU Free Documentation License.
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Vapor
Acontece quando as partículas que formam a matéria estão bastante afastadas, dispersas no espaço. Por isso, elas podem ter a forma e o volume variáveis. 
A força de atração é menor que a força de repulsão entre suas moléculas 
Por exemplo, o oxigênio pode ser comprimido dentro de um cilindro e tomar a forma desse cilindro. 
Ex.: Oxigênio. 
Imagem: Jlpons / domínio público.
Imagem: Vantey / GNU Free Documentation License.
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Mudanças de Estado Físico
A influência de fatores externos como Pressão e Temperatura fazem a matéria se apresentar ora em um, ora em outro estado físico. 
 As mudanças de um estado físico para outro recebem denominações específicas... 
Ex.: Água coexistindo nos três estados físicos.
Imagem: Uwe Kils e Wiska Bodo /  GNU Free Documentation License.
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Mudanças de Estado Físico
Absorvem calor
(transformações endotérmicas)
Liberam calor
(transformações exotérmicas)
Solidificação
Condensação (Liquefação)
Sólido (ordem)
Líquido
Fusão
Vaporização
Sublimação
Vapor ou gás (desordem)
Imagem: Prattflora / GNU Free Documentation License.
Imagem: Tysto / domínio público.
Imagem: P.wormer / GNU Free Documentation License.
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Características Importantes nas Mudanças de Estado Físico
Ponto de Fusão/Solidificação
Ponto de Fusão (PF) é a temperatura em que uma substância muda do estado sólido para o estado líquido.
Ponto de Solidificação (PS) corresponde ao processo inverso, embora as temperaturas sejam equivalentes. 
Obs. O PF e o PS são obtidos em uma dada pressão. Quando esta não é citada, considera-se a pressão atmosférica
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Características Importantes nas Mudanças de Estado Físico
Ponto de Ebulição/Liquefação
Ponto de Ebulição (PE) a temperatura em que uma substância muda do estado líquido para o estado de vapor.
Ponto de Liquefação (PL) ou de Condensação (PC) corresponde ao processo inverso, embora as temperaturas sejam equivalentes. 
Obs. O PE e o PL ou PC são obtidos em uma dada pressão. Quando
 esta não é citada, considera-se a pressão atmosférica
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ÁGUA PURA
Temperatura (°C) a 1 atm
Tempo
Sólido
Sólido
+
Líquido
Líquido
+
Vapor
Vapor
PF = 0°C
PE = 100°C
Líquido
– 10°C
Diagrama de Mudança de Estado Físico
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Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
ÁGUA + AÇÚCAR
Temperatura (°C) a 1 atm
Tempo
Sólido
Sólido
+
Líquido
Líquido
+
Vapor
∆TE
– 15°C
∆TF
Vapor
Líquido
Diagrama de Mudança de Estado Físico
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Quinto nível
Temperatura (°C) a 1 atm
Tempo
Sólido
+
Líquido
Líquido
+
Vapor
MISTURAS EUTÉTICAS
∆TE
– 15°C
TF
Sólido
Vapor
Líquido
Misturas Eutéticas são misturas que mantêm sua temperatura constante durante a fusão/solidificação.
Diagrama de Mudança de Estado Físico
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Temperatura (°C) a 1 atm
Tempo
Sólido
e
Líquido
Líquido
+
Gasoso
TE
– 15°C
∆TF
Sólido
Vapor
Líquido
Misturas Azeotrópicas são misturas que mantêm sua temperatura constante durante a vaporização/condensação.
Diagrama de Mudança de Estado Físico
MISTURAS AZEOTRÓPICAS
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Influência da Pressão
Pressão e Temperatura são grandezas diretamente proporcionais, assim, quanto MAIOR A PRESSÃO, MAIOR A TEMPERATURA DE EBULIÇÃO.
Temperatura T
Temperatura 3T
Imagem: Egmason / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
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Quarto nível
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Influência da Altitude
Quanto MAIOR a ALTITUDE, MENOR a TEMPERATURA DE EBULIÇÃO e vice-versa, visto que Pressão e Temperatura são grandezas diretamente proporcionais. Por esse motivo, a água ferve a uma temperatura mais baixa nas montanhas do que ao nível do mar!
pressão maior
pressão menor
altitude
0m
2.203 m
3.640 m
8.844 m
Recife
Cidade do México
LaPaz
Monte Everest
La Paz: 87 ºC
 3600 m
Quito: 90 ºC
		 2850 m
Brasília: 96 ºC
			 1100 m
São Paulo: 98 ºC
				 750 m
Santos: 100 ºC
				Nível do mar	 0m
Altitude
EXEMPLO:
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O Diagrama de Fases
Mapa de Pressões e Temperaturas que indica os Estados Físicos em que uma substância pura pode se apresentar e suas possíveis mudanças de Estado Físico.
O Diagrama de Fases é composto por três curvas que delimitam tais Estados Físicos.
Pressão
Temperatura
0
pT
pC
Imagem produzida pelo Prof. Leandro Lima
Sólido
Líquido
Vapor
Gás
1
Pc
PT
2
3
TT
TC
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O que representa cada curva?
CURVA 1 - CURVA DE FUSÃO - SOLIDIFICAÇÃO: fronteira entre os estados SÓLIDO-LÍQUIDO. Ou seja, sobre essa curva (com os respectivos valores de temperatura e pressão) a substância coexiste naqueles Estados Físicos sofrendo FUSÃO ou SOLIDIFICAÇÃO.
Pressão
Temperatura
0
pT
pC
Imagem produzida pelo Prof. Leandro Lima
Sólido
Líquido
Vapor
Gás
1
Pc
PT
2
3
TT
TC
Ex.: O gelo derretendo ou a água congelando
Imagem: Darren Hester / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic.
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CURVA 2 - CURVA DE VAPORIZAÇÃO - CONDENSAÇÃO: fronteira entre os estados LÍQUIDO-VAPOR. Ou seja, sobre essa curva a substância coexiste naqueles Estados Físicos, sofrendo VAPORIZAÇÃO ou CONDENSAÇÃO.
Pressão
Temperatura
0
pT
pC
Imagem produzida pelo Prof. Leandro Lima
Sólido
Líquido
Vapor
Gás
1
Pc
PT
2
3
TT
TC
Ex.: A água evaporando ou a precipitação da chuva.
Imagem: John M. Evans/USGS-USA Gov / domínio público.
O que representa cada curva?
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CURVA 3: CURVA DE SUBLIMAÇÃO - RESSUBLIMAÇÃO: Fronteira entre os estados VAPOR-SÓLIDO. Ou seja, sobre essa curva, a substância coexiste naqueles Estados Físicos, sofrendo Sublimação ou Ressublimação (Sublimação Reversa).
Pressão
Temperatura
0
pT
pC
Imagem produzida pelo Prof. Leandro Lima
Sólido
Líquido
Vapor
Gás
1
Pc
PT
2
3
TT
TC
Ex.: O gelo seco virando “fumaça” ou o CO2 sendo transformado em gelo seco.
Imagem: Nevit / Creative Commons  Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
O que representa cada curva?
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Pontos-Conceitos Importantes
PT: PONTO TRIPLO: Indica os valores de pressão e temperatura nos quais a substância coexiste nos TRÊS ESTADOS FÍSICOS (Sólido, Líquido e Vapor). É o ponto em que as três curvas se interceptam.
Pressão
Temperatura
0
pT
Imagem produzida pelo Prof. Leandro Lima
Sólido
Líquido
Vapor
Gás
TT
PT
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Pc: PONTO CRÍTICO: Indica o limite que determina se a substância é um vapor ou um GÁS. Ele mostra a temperatura crítica a partir da qual a substância passa a ser um GÁS.
Afinal, existe diferença entre VAPOR e GÁS?
Pressão
Temperatura
0
pC
Imagem produzida pelo Prof. Leandro Lima
Sólido
Líquido
Vapor
Gás
TC
PC
Pontos-Conceitos Importantes
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Qual a diferença entre VAPOR e GÁS?
VAPOR: Estado Físico que é capaz de estar em equilíbrio com o Estado Líquido ou Sólido, ou transformar-se nesses estados a partir da variação da Pressão ou Temperatura.
Ex.: Quando colocamos água para ferver numa chaleira, obtemos água no estado de vapor.
Imagem: Erich Ferdinand / Creative Commons Attribution 2.0 Generic.
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GÁS: Estado Físico que não pode ser alterado apenas pela da variação da Temperatura. Para que haja mudanças no Estado Físico de um gás, é necessário que se varie a sua Pressão.
Ex.: O gás de cozinha (GLP – Gás Liquefeito de Petróleo). Dentro do botijão, ele se encontra no estado líquido por estar a altas pressões.
Imagem: Krish Dulal /  GNU Free Documentation License.
Qual a diferença entre VAPOR e GÁS?
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Diagrama de Fases da Água
No Ponto Triplo, temos:
TT = 0,01ºC e 
pT = 4,579 mmHg (0,006 atm).
Com esses valores de temperatura e pressão, poderemos observar a água simultaneamente nos três estados: sólido (gelo), líquido (água) e vapor (vapor d’água).
Imagem: Uwe Kils e Wiska Bodo /  GNU Free Documentation License.
760
4,579
0
0,01
100
P(mmHg)
t(ºC)
Água
líquida
Água
sólida
Água
vapor
Ponto triplo
solidificação
ebulição
sublimação
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Leia a tirinha ao lado e dê uma explicação para o fato ocorrido.
Tirinha encontrada em: 
http://meteoropole.com.br/site/wp-content/uploads/2011/10/agua-evapora.jpg
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Curiosidade: A panela de Pressão
Ao nível do mar, nas panelas abertas, a água ferve a uma temperatura próxima de 100ºC.
Ao nível do mar, nas panelas abertas, a água ferve a uma temperatura próxima de 100ºC.
Imagem: ArnoldReinhold / GNU Free Documentation License.
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Como o próprio nome sugere, na panela de pressão, a pressão interna é bem maior que a externa, fazendo a temperatura de ebulição da água aumentar, passando a ser algo em torno de 120ºC.
Nessas condições, estaremos cozendo o alimento a uma temperatura maior que numa panela aberta, gastando, assim, menos tempo para o cozimento.
Imagem: Wikinaut / GNU Free Documentation License.
Imagem: Karl Gruber / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
Curiosidade: A panela de Pressão
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Cuidados com a Panela de Pressão
Siga essas orientações e Evite Acidentes. 
1 – Só adquira panelas de 
pressão de lojas. Nunca 
de ambulantes. 
2 – Coloque os condimentos. 
Tempero e verduras após a 
utilização da pressão 
no alimento.
3 – Siga a indicação de
 volume de alimento e água 
indicado no manual
de instrução da panela.
4 – Observe a panela enquanto 
estiver no fogo, verificando se a 
válvula de pressão está funcionando
normalmente.
5 – Posicione o cabo da 
panela para o interior do
fogão.
6 – Remova os resíduos de
Gordura da válvula para não
ocorrer obstrução.
7 – Lave e guarde
separadamente a 
borracha e a tampa da 
panela.
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Vamos Exercitar?
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CIÊNCIAS, 9º ANO
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Observe os seguintes fatos:
I – Uma pedra de naftalina deixada no armário.
II – Uma vasilha com água deixada no freezer.
III – Uma vasilha com água deixada no fogo.
IV – O derretimento de um pedaço de chumbo quando aquecido. 
Nestes fatos, estão relacionados corretamente os seguintes fenômenos:
I – sublimação, II – solidificação, III – vaporização, IV – fusão.
I – sublimação, II – solidificação, III – fusão, IV – vaporização.
I – fusão, II – sublimação, III –vaporização, IV – solidificação.
I – vaporização, II- solidificação, III – fusão, IV – sublimação.
I – vaporização, II – sublimação, II –fusão, IV – solidificação.
Exercício 01
Resolução
Sublimação
Solidificação
Vaporização
Fusão
I – sublimação, II –solidificação, III – vaporização, IV – fusão.
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(UFRJ) Podemos classificar como processo endotérmico e exotérmico, respectivamente, as mudanças de estado: 
a) liquefação e solidificação.
b) condensação e sublimação.
c) solidificação e evaporação.
d) fusão e liquefação.
e) evaporação e fusão.
Exercício 02
Resolução
Um PROCESSO ENDOTÉRMICO é aquele que necessita RECEBER calor para acontecer  Fusão, Vaporização e Sublimação
Um PROCESSO EXOTÉRMICO é aquele que necessita PERDER calor para acontecer  Solidificação, Condensação/Liquefação e Ressublimação
d) fusão e liquefação.
do Ensino Fundamental
CIÊNCIAS, 9º ANO
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(Covest-2000) Uma panela X, com água, e outra Y, com água salgada, são levadas ao fogo e, após algum tempo, seus conteúdos encontram-se em ebulição. O gráfico que melhor descreve a variação de temperatura (eixo das ordenadas) dos líquidos em relação ao tempo (eixo das abscissas) durante a ebulição é:
a)
b)
c)
d)
e)
X
Y
X
Y
X
Y
X
Y
X
Y
X
Y
Exercício 03
do Ensino Fundamental
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Extras
VÍDEO DO YOUTUBE
Calor específico
Link: http://www.youtube.com/watch?v=dLZVp4m49kA
 
Calorimetria
Link: http://www.youtube.com/watch?v=X_JR7OpoNxE
 
SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL
Transferência de calor entre um metal e a água
Link: http://group.chem.iastate.edu/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/thermochem/heat_metal.html
 
Equilíbrio térmico
Link: http://group.chem.iastate.edu/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/thermochem/thermoEquiv.html
  
EXPERIÊNCIAS/ EXPERIMENTOS
Capacidade térmica do calorímetro (Determinação)
Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala08/08_32.asp
CURIOSIDADES
Equivalente mecânico do calor
Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala08/ET_05.asp
 
LISTAS DE EXERCÍCIOS
Cola da Web
Link: http://www.coladaweb.com/exercicios-resolvidos/exercicios-resolvidos-de-fisica/calorimetria
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Obrigado pela Atenção!
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Bibliografia
BENIGNO, Barreto Filho; XAVIER, Cláudio da Silva. Física aula por aula. 1. ed. Vol. 02. São Paulo: Editora FTD, 2010.
GASPAR, Alberto. Compreendendo a Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Ática, 2011. 
GUALTER; HELOU; NEWTON. Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Saraiva, 2011. 
MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 1. ed. Vol. 02. São Paulo: Editora Scipione, 2011.
<http://educar.sc.usp.br> Acesso em 13/06/2012.
<http://pt.wikipedia.org> Acesso em 13/06/2012.
<http://www.ciencia-cultura.com/Pagina_Fis> Acesso em 13/06/2012.
<http://www.coladaweb.com/fisica> Acesso em 13/06/2012.
<http://www.fisica.ufs.br> Acesso em 13/06/2012.
<http://www.fisicafacil.pro.br> Acesso em 13/06/2012.
<http://www.if.ufrj.br> Acesso em 13/06/2012.
<http://www.infoescola.com/fisica> Acesso em 13/06/2012.
<http://www.mundoeducacao.com.br> Acesso em 13/06/2012.
<http://www.sofisica.com.br/conteudos> Acesso em 13/06/2012.
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Tabela de Imagens
	n° do slide	direito da imagem como está ao lado da foto	link do site onde se conseguiu a informação	Data do Acesso
	 	 	 	 
	3a	Almirante Harley D. Nygren / domínio público.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sea_ice_terrain.jpg	24/10/2012
	3b	kkic / GNU Free Documentation License.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Jezioro_Dybrzyk.jpg	24/10/2012
	3c	Kevin Saff / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Yellowstone_Steam.jpg	24/10/2012
	4a	Benjah-bmm27 / domínio público.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sodium-chloride-3D-ionic.png	24/10/2012
	4b	Stanton McCandish /  GNU Free Documentation License.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Striped_8_ball.jpg	24/10/2012
	5a	P99am / GNU Free Documentation License.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liquid-water-and-ice.png	24/10/2012
	5b	Walter J. Pilsak / GNU Free Documentation License.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stilles_Mineralwasser.jpg	24/10/2012
	6a	Jlpons / domínio público.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gaz_molecules.gif	24/10/2012
	6b	Vantey / GNU Free Documentation License.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oxygen_cylinders_for_MRI_room.jpg	24/10/2012
	7	Uwe Kils e Wiska Bodo /  GNU Free Documentation License.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iceberg.jpg	24/10/2012
Tabela de Imagens
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	8a	Prattflora / GNU Free Documentation License.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ice_cube_tray.jpg	24/10/2012
	8b	Tysto / domínio público.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glass-of-water.jpg	24/10/2012
	8c	P.wormer / GNU Free Documentation License.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kettle.JPG	24/10/2012
	15	Egmason / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Temperature_Pressure_Law.svg	24/10/2012
	18	Darren Hester / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ice_cubes_openphoto.jpg	24/10/2012
	19	John M. Evans/USGS-USA Gov / domínio público.	http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Ciclo_da_%C3%A1gua.jpg	24/10/2012
	20	Nevit / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dry_ice_9669_Nevit.jpg	24/10/2012
	23	Erich Ferdinand / Creative Commons Attribution 2.0 Generic.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Copper_Kettle.jpg	24/10/2012
	24	Krish Dulal /  GNU Free Documentation License.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:LP_gas_cilinder.jpg	24/10/2012
	25	Uwe Kils e Wiska Bodo /  GNU Free Documentation License.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iceberg.jpg	24/10/2012
Tabela de Imagens
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	27	ArnoldReinhold / GNU Free Documentation License.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pot.agr.jpg	24/10/2012
	28a	Wikinaut / GNU Free Documentation License.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pressure_cooker.jpg	24/10/2012
	28b	Karl Gruber / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:K%C3%BCchenmuseum_4917.jpg	24/10/2012