Os estados físicos da matéria correspondem às formas pela qual a matéria pode se apresentar na natureza.
Esses estados são definidos de acordo com a pressão, temperatura e sobretudo, pelas forças que atuam nas moléculas.
A matéria, constituída de pequenas partículas (átomos e moléculas), corresponde a tudo aquilo que possui massa e que ocupa determinado lugar no espaço.
Podendo se apresentar em três estados: sólido, líquido e gasoso.
Estados Sólido, Líquido e Gasoso
No estado sólido as moléculas que compõem a matéria permanecem fortemente unidas e possuem forma própria e volume constante, por exemplo, o tronco de uma árvore ou o gelo (água em estado sólido).
No estado líquido, as moléculas já apresentam uma menor união e maior agitação, de forma que apresentam forma variável e volume constante, por exemplo, a água em determinado recipiente.
Já no estado gasoso, as partículas que formam a matéria apresentam intensa movimentação, pois as forças de coesão são pouco intensas nesse estado. Neste estado, a substância apresenta forma e volume variáveis.
Sendo assim, no estado gasoso, a matéria terá forma segundo o recipiente que se encontra, caso contrário ela permanecerá disforme, tal qual o ar que respiramos e não vemos.
Para exemplificar, podemos pensar no botijão de gás, o qual apresenta gás comprimido que adquiriu determinada forma.
Mudanças de Estados Físicos
As mudanças de estado físico dependem basicamente da quantidade de energia recebida ou perdida pela substância. Existem essencialmente cinco processos de mudanças de estado físico:
- Fusão: passagem do estado sólido para o estado líquido por meio do aquecimento. Por exemplo, um cubo de gelo que fora do congelador vai derretendo e se transformando em água.
- Vaporização: passagem do estado líquido para o estado gasoso que é obtido de três maneiras: calefação (aquecedor), ebulição (água fervendo) e evaporação (roupas secando no varal).
- Liquefação ou Condensação: passagem do estado gasoso para o estado líquido por meio do resfriamento, por exemplo, a formação do orvalho.
- Solidificação: passagem do estado líquido para o estado sólido, ou seja, é o processo inverso à fusão, que ocorre por meio do arrefecimento, por exemplo, água líquida transformada em gelo.
- Sublimação: passagem do estado sólido para o estado gasoso e vice-versa (sem passagem pelo estado líquido) e pode ocorrer pelo aquecimento ou arrefecimento da matéria, por exemplo, gelo seco (dióxido de carbono solidificado).
Outros Estados Físicos
Além dos três estados básicos da matéria, existe ainda mais dois: o plasma e o condensado de Bose-Einstein.
O plasma é considerado o quarto estado físico da matéria e representa o estado onde o gás encontra-se ionizado. O Sol e as estrelas são formados basicamente de plasma.
Acredita-se que a maior parte da matéria que existe no universo está em estado de plasma.
Além do plasma, existe ainda um quinto estado da matéria chamado de condensado de Bose-Einstein. Que recebeu esse nome por ter sido previsto teoricamente pelos físicos Satyendra Bose e Albert Einstein.
Um condensado é caracterizado pelas partículas se comportam de maneira extremamente organizada e vibrarem com a mesma energia como se fossem um único átomo.
Esse estado não é encontrado na natureza e foi produzido pela primeira vez em 1995 em laboratório.
Para se chegar a ele é necessário que as partículas sejam submetidas a uma temperatura próxima do zero absoluto (- 273 ºC).
Exercícios Resolvidos
1) Enem - 2016
Primeiro, em relação àquilo a que chamamos água, quando congela, parece-nos estar a olhar para algo que se tornou pedra ou terra, mas quando derrete e se
dispersa, esta torna-se bafo e ar; o ar, quando é queimado, torna-se fogo; e, inversamente, o fogo, quando se contrai e se extingue, regressa à forma do ar; o ar, novamente concentrado e contraído, torna-se nuvem e nevoeiro, mas, a partir destes estados, se for ainda mais comprimido, torna-se água corrente, e de água torna-se novamente terra e pedras; e deste modo, como nos parece, dão geração uns aos outros de forma cíclica.
PLATÃO. Timeu-Crítias. Coimbra: CECH, 2011.
Do ponto de vista da ciência moderna, os “quatro elementos” descritos por Platão correspondem, na verdade, às fases sólida, líquida, gasosa e plasma da matéria. As transições entre elas são hoje entendidas como consequências macroscópicas de transformações sofridas pela matéria em escala microscópica. Excetuando-se a fase de plasma, essas transformações sofridas pela matéria, em nível microscópico, estão associadas a uma a) troca de átomos entre as diferentes moléculas do material. b) transmutação nuclear dos elementos químicos do material. c) redistribuição de prótons entre os diferentes átomos do material. d) mudança na estrutura espacial formada pelos diferentes constituintes do material.
e) alteração nas proporções dos diferentes isótopos de cada elemento presente no material.
Alternativa d: mudança na estrutura espacial formada pelos diferentes constituintes do material.
2) Enem - 2015
O ar atmosférico pode ser utilizado para armazenar o excedente de energia gerada no sistema elétrico, diminuindo seu desperdício, por meio do seguinte processo: água e gás carbônico são inicialmente removidos do ar atmosférico e a massa de ar restante é resfriada até - 198 ºC. Presente na proporção de 78% dessa massa de ar, o nitrogênio gasoso é liquefeito, ocupando um volume 700 vezes menor. A energia excedente do sistema elétrico é utilizada nesse processo, sendo parcialmente recuperada quando o nitrogênio líquido, exposto à temperatura ambiente, entra em ebulição e se expande, fazendo girar turbinas que convertem energia mecânica em energia elétrica. MACHADO, R. Disponível em: www.correiobraziliense.com.br. Acesso em: 9 set. 2013 (adaptado). No processo descrito, o excedente de energia elétrica é armazenado pela a) expansão do nitrogênio durante a ebulição. b) absorção de calor pelo nitrogênio durante a ebulição. c) realização de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação. d) retirada de água e gás carbônico da atmosfera antes do resfriamento.
e) liberação de calor do nitrogênio para a vizinhança durante a liquefação.
Alternativa c: realização de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação.
3) Enem - 2014
A elevação da temperatura das águas de rios, lagos e mares diminui a solubilidade do oxigênio, pondo em risco as diversas formas de vida aquática que dependem desse gás. Se essa elevação de temperatura acontece por meios artificiais, dizemos que existe poluição térmica. As usinas nucleares, pela própria natureza do processo de geração de energia, podem causar esse tipo de poluição. Que parte do ciclo de geração de energia das usinas nucleares está associada a esse tipo de poluição?
a) Fissão do material radioativo. b) Condensação do vapor-d’água no final do processo. c) Conversão de energia das turbinas pelos geradores. d) Aquecimento da água líquida para gerar vapor-d’água.
e) Lançamento do vapor-d’água sobre as pás das turbinas.
Alternativa b: Condensação do vapor-d’água no final do processo.
Veja também:
Olá, vestibulando! Tudo bem com você? Este artigo foi feito para você que está se preparando para gabaritar todas as questões do vestibular. Então, seja bem-vindo a mais uma dica de química! Aqui, o objetivo é analisar os principais pontos das temáticas que mais caem no Vestibular. Dessa vez, o Estratégia Vestibulares aborda o que você precisa saber sobre os Estados da Matéria e suas Transformações. Então, vamos nessa!
Os Estados Físicos da Matéria
A matéria é formada por pequenas partículas denominadas átomos e moléculas. Dependendo da proximidade das partículas que a constitui, é possível determinar o estado de agregação, ou seja, o estado físico da matéria. Veja abaixo quais são os principais:
Embora existam outros estados físicos da matéria, eles são estudados apenas em níveis mais avançados. Para o seu vestibular, preste mais atenção aos mais clássicos.
A água é um dos raros materiais no nosso planeta que pode ser encontrado nos três estados. Por isso, vamos usá-la para exemplificar alguns aspectos mais específicos desse assunto. Na tabela abaixo, note as características de forma e volume em cada estado físico da água. Lembre-se que forma e volume são propriedades macroscópicas da matéria.
| Fases da Matéria | Forma | Volume |
| | FIXA/CONSTANTE/INVARIÁVEL Maior Rigidez | CONSTANTE |
| VARIÁVEL Não tem a rigidez dos sólidos | CONSTANTE | |
| Gasoso | VARIÁVEL | VARIÁVEL |
No estado sólido, as moléculas ficam muito próximas umas das outras. Já no estado líquido, a matéria é, no geral, constituída de partículas mais afastadas. Por isso, corpos líquidos se movimentam de forma mais fluida. O estado gasoso é o que tem o maior distanciamento médio entre as partículas em condições ambiente e, portanto, é o que tem maior movimentação, ou grau de liberdade.
Como podemos ver na imagem, quanto mais agrupadas estiverem as partículas, maior a possibilidade da matéria estar no estado sólido. Da mesma forma, quanto mais distantes e desorganizadas as partículas estiverem, maior a tendência da matéria estar no estado gasoso. Essa dinâmica depende de quatro fatores: Pressão, Temperatura, Velocidade e Forças.
As Forças que atuam sobre a matéria podem ser de coesão ou repulsão. Ambas são consideradas propriedades microscópicas da matéria. A força de coesão faz com que as moléculas se aproximem uma das outras, por consequência é a força predominante no estado sólido. Já a força de repulsão faz com que as partículas se afastem umas das outras e permaneçam no estado gasoso.
O fator velocidade diz respeito à energia cinética média das partículas, ou seja, a velocidade de movimento. No estado gasoso, a energia cinética é maior. Com a alta velocidade, as moléculas colidem e se afastam, de modo que ocupam um espaço maior. Por isso, neste estado, a forma e o volume são variáveis. No caso da fase sólida, como as moléculas estão muito próximas uma das outras, a energia cinética média é baixa.
Com essa explicação geral, procure identificar, no exercício abaixo, em qual estado físico cada matéria se encontra:
Exercício de Fixação sobre os estados da matéria
Coloque (S) para sólido, (L) para líquido ou (G) para gasoso:
( ) Suco ( ) Vapor( ) Gás hélio ( ) Suor ( ) Água do mar ( ) Álcool ( ) Gelo ( ) Neblina ( ) Tinta
( ) Giz
Resolução
(L) Suco
(G) Vapor
(G) Gás hélio
(L) Suor
(L) Água do mar
(L) Álcool
(S) Gelo
(G) Neblina
(L) Tinta
(S) Giz
Mudanças de estado da matéria
Uma substância química pode se transformar de um estado físico para outro. Para entender, observe o esquema a seguir:
Cada processo de mudança de estado recebe um nome diferente. São eles: Fusão, Solidificação, Vaporização, Condensação e Sublimação.
Fusão: é a mudança ocasionada pelo aquecimento de uma substância no estado sólido até o estado líquido. O fornecimento de energia ao sistema gera um aumento da temperatura, de tal forma que a matéria alcance o seu ponto de fusão. Exemplo: derretimento do gelo.
Solidificação: é a passagem do estado líquido para o estado sólido. Acontece por resfriamento (ou arrefecimento) do sistema. A temperatura tende a diminuir até atingir o ponto de congelamento da substância. Exemplo: formação de geleiras.
Vaporização: é a alteração do estado líquido para o estado gasoso por meio do aquecimento. Esse processo subdivide-se em:
- Evaporação: é quando a transformação do estado físico é muito lenta. Exemplo: roupa molhada secando no varal ou evaporação de rios.
- Ebulição: é quando a transformação do estado físico ocorre à temperatura de ebulição, que é uma característica específica de cada matéria. A mudança é acompanhada da formação de bolhas. Exemplo: fervura da água.
- Calefação: consiste na mudança de estado de forma imediata, ou seja, quando o líquido entra em contato com uma superfície aquecida acima de seu ponto de ebulição. Exemplo: pingo de água sobre um ferro quente ou água caindo sobre uma chapa metálica muito quente.
“O ponto de ebulição, também chamado de temperatura de ebulição, é a temperatura na qual uma substância se transforma do estado líquido para o estado gasoso.”
Liquefação/Condensação: A liquefação é a passagem do gás para o estado líquido. Já a condensação é a transformação do vapor para o estado líquido. Então, liquefação e condensação não são sinônimos. É necessário, em ambas, diminuir a temperatura para que ocorra a mudança de estado físico. Porém, na liquefação é preciso diminuir a temperatura e aumentar a pressão, simultaneamente. Ao passo que, para ocorrer a condensação, é preciso aumentar a pressão ou diminuir a temperatura, separadamente.
Um exemplo de liquefação é quando a água é aquecida e seu vapor entra em contato com a tampa da panela que, por apresentar uma temperatura mais baixa, acumula água em sua superfície. Já na condensação, um exemplo clássico é o gás de cozinha. Atente-se para não confundir gás com vapor (GÁS é diferente de VAPOR). O vapor é o estado momentâneo que uma substância líquida assume, como, por exemplo, o vapor d’ água. Já o gás é toda substância que se encontra no estado gasoso permanente, tais como: os gases oxigênio, nitrogênio e carbono.
Sublimação: é quando o estado sólido passa direto para a estado gasoso por meio de aquecimento ou, de forma oposta, quando o estado gasoso passa para o sólido por resfriamento. Exemplos: naftalina e gelo seco.
Outro ponto cobrado nas provas de vestibulares são os processos endotérmicos e exotérmicos. Eles estão presentes tanto em transformações químicas, as reações, quanto em mudanças de estados físicos. Nos processos exotérmicos, o meio é aquecido e o sistema perde calor. Já nos processos endotérmicos, o sistema tende a ganhar calor e o meio resfria-se.
Levando-se em consideração esses aspectos, podemos concluir que a solidificação e a condensação são processos exotérmicos. A fusão, a vaporização e a sublimação, por outro lado, são processos endotérmicos.
Estados da Matéria no Vestibular
| CAI NA PROVA |
| 1. (SEDUC –2016) A imagem abaixo representa o modelo cinético molecular dos diferentes estados de agregação das moléculas da água. |
De acordo com esse modelo, no estado físico sólido, as moléculas estão:
a) Agitadasb) Distantesc) Espessasd) Livres
e) Organizadas
Comentários: As moléculas do estado gasoso estão dispersas, distantes e desorganizadas. Isso porque as moléculas estão mais agitadas e ocupam um volume maior. Já as moléculas do estado sólido ficam muito próximas uma das outras e, consequentemente, bem organizadas. Gabarito E.
2. (SEDUCE–2010) Segundo André Guinier (1999), a matéria é constituída por partículas de base do modelo. Um conjunto dessas partículas (átomos ou moléculas) caracteriza a matéria, que, de acordo com o autor, se apresenta em apenas dois estados: ordenado e desordenado. Considerando essas ideias e como as moléculas se comportam em termos de distância intermolecular, pode-se dizer que os estados sólido, líquido e o gasoso são, respectivamente:
a. ordenado, desordenado e ordenado. b. desordenado, ordenado e ordenado. c. ordenado, desordenado e ordenado.
d. desordenado, desordenado e ordenado.
Comentários: em regra, no estado sólido o volume é constante, logo as moléculas estão ordenadas. Como na fase líquida e gasosa as partículas formam um volume variável, podemos concluir que a distância intermolecular entre elas é desordenadas. Gabarito C.
3. (UFMT – 2017) Um fenômeno interessante pode ocorrer quando pequenas gotas de um líquido são submetidas a um aquecimento intenso e repentino. Por exemplo, ao pingar gotas de água sobre uma chapa muito quente, o líquido é imediatamente aquecido, formando-se uma camada de vapor entre cada gota e a chapa. Então as gotas deslizam sobre a chapa e emitem um ruído característico enquanto vaporizam. Esse fenômeno de mudança de estado físico é chamado:
a) Evaporação. b) Vaporização. c) Calefação.
d) Sublimação
Comentários: Calefação consiste na mudança de estado muito rápido, de forma imediata, ou seja, quando o líquido se aproxima de uma superfície bem quente. É instantânea a mudança de estado. Gabarito C.
a) A alternativa “a” está incorreta. Na evaporação, a transformação é muito lenta.
b) A alternativa “b” está errada. Vaporização engloba a evaporação, calefação e ebulição. Está muito abrangente.
c) É o gabarito.
d) A alternativa “d” está errada. Sublimação é a mudança do sólido para o gasoso ou vice-versa. O líquido não faz parte do processo.
4. (IF –BA– 2014) Nos dias atuais, ainda são usadas para espantar traças e baratas, bolinhas de naftalina nos guarda-roupas e gavetas. Com o passar do tempo, essas bolinhas diminuem de tamanho. Esse fenômeno é uma mudança de estado físico chamada de:
a) Condensaçãob) Fusãoc) Evaporaçãod) Sublimação
e) Solidificação
Comentários: Sublimação é quando o estado sólido passa direto para a fase gasosa, por aquecimento; ou oposto, tido por resfriamento. Exemplos: naftalina e gelo seco. Gabarito D.
a) Alternativa incorreta. Condensação é a mudança do estado gasoso para a fase líquida.
b) Alternativa incorreta. A fusão é a mudança do estado sólido para a fase líquida.
c) Alternativa incorreta. A evaporação é a mudança do estado líquido para a fase gasosa.
d) Gabarito.
e) Alternativa incorreta. É a mudança do estado líquido para a fase sólida.
Chegamos ao final do tópico sobre estados da matéria. Espero que você tenha gostado. Foi bem produtivo, né?! Também estou presente com dicas inéditas nas redes sociais do Estratégia Vestibulares. Até mais!
Por Matheus Durães