Física & Química

Estados físicos da matéria: tipos, fases e curvas de variação

Os estados físicos da matéria, são três: o sólido, o líquido e o gasoso. Basicamente, esses estados são estudados pela física e pela química.

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Basicamente, os estados físicos da matéria são três: o sólido, o líquido e o gasoso, estudados em duas ciências, a Física e a Química. Neste sentido, a Física estuda esses estados como agregação da matéria. Por outro lado, a Química se aprofunda mais nas características das substâncias, relacionadas à fusão e ebolição da matéria.

Neste sentido, os pontos de ebulição e de fusão fazem parte das propriedades das substâncias químicas, definidas e classificadas pelos químicos.

No entanto, além de toda conceituação científica, podemos também vivenciar esses estados no nosso dia a dia. Assim, quando observamos a água, notamos que ela pode passar de um estado para outro quando está em certas condições de temperatura.

Porém, quando se fala de agregação da matéria, nos referimos a estrutura molecular da mesma. A princípio, sabemos que qualquer material é formado de moléculas e que estas estão em movimento. Além disso, esse movimento pode ser mais ou menos intenso, com maior ou menor liberdade e intensidade das forças de coesão entre as moléculas.

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Estados físicos da matéria – sólido

Estados fìsicos da matéria:Tipos,fases, mudamças e curvas de variações
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A princípio, entre os estados físicos da matéria, o sólido é o que apresenta mais força de coesão entre as moléculas. Assim, nesse estado, as forças de coesão são muito intensas, o que restringe o movimento das moléculas a uma ligeira vibração em torno de uma posição média.

No estado sólido, a matéria também apresenta forma e volume definido, segundo concepções químicas a matéria passa do estado sólido para o líquido no seu ponto de fusão. Por outro lado, quando matérias em estado líquido passam para estados sólidos, é dado a este processo o nome de solidificação.

A propósito, as unidades de medida usadas para medir matérias em estados sólidos são: miligramas, gramas, quilogramas, toneladas e outras. Contudo, para ter um entendimento básico do estado sólido, podemos defini-lo como um estado onde as partículas se encontram aglomeradas e fortemente unidas.

Neste sentido, esse estado da matéria fixa a forma de um objeto como: um copo, uma cadeira, um cubo de gelo, uma mesa etc.

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Estado Líquido

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Primeiramente, quando comparamos o estado líquido a outros estados físicos da matéria, nesse estado, as distâncias entre as moléculas são, em média, maiores que no estado sólido.

No entanto, as forças de coesão são ainda apreciadas e a liberdade de movimentação das moléculas ainda têm limites. Assim, nesse ponto, esse estado diferencia-se do estado gasoso.

Portanto, no estado líquido, existe apenas um deslizamento de umas moléculas em relação às outras. A propósito, como consequência dessas condições, os líquidos apresentam volume definido e com sua forma variável, se adaptam aos recipientes.

Contudo, quando tomamos a água como exemplo, esta pode passar do estado líquido para o estado de vapor quando a fervemos a 100°C. Nesse sentido, este fenômeno tem o nome de vaporização. Por outro lado, quando acontece o resfriamento desse vapor e ele volta ao estado líquido, se dá o nome de condensação.

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Além do mais, se dermos continuidade ao processo de resfriamento, acontece por fim o fenômeno da solidificação. Contudo, vale lembrar que existem sólidos como a naftalina e o gelo seco, que sem passar pelo estado líquido atingem o estado de vapor. Portanto, esse processo é chamado de sublimação.

Estado gasoso

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A princípio, dentre os estados físicos da matéria, o estado gasoso  tem menos intensidade de coesão entre as moléculas. Portanto, isso possibilita uma movimentação bem mais intensa que nos outros estados.

Neste sentido, os gases e vapores têm propriedades de se difundir por todo o espaço em que se encontram. A propósito, não apresentam nem forma e nem volume definidos.

Basicamente, a vaporização é a passagem de um estado líquido para o gasoso. Contudo, ela pode acontecer de forma lenta, na temperatura do ambiente e sem a formação de bolhas, como em um caso de uma roupa secando no varal.

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Neste caso, essa vaporização é denominada evaporação. Porém, ela também pode acontecer com formações de bolhas durante o aquecimento de um líquido, onde denominamos de ebulição.

A propósito, para a Física, existe o conceito de fase de um sistema, que corresponde a parte geometricamente definida e fisicamente homogênea desse sistema. Neste sentido, podemos nos referir aos estados de agregação de uma substância como fases da substância.

Além do mais, a água pode se apresentar na natureza nas três fases da matéria. Assim, ela se apresenta como líquida no mar, nos lagos e rios, e nas nuvens (em forma de gotículas em suspensão na atmosfera).

Por outro lado, a água pode se apresentar em forma de vapor misturada com os gases que constituem o ar. Além disso, pode se apresentar como sólida em icebergs e nas crostas de gelo que cobrem o pico das montanhas mais elevadas.

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Mudanças dos estados físicos da matéria

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Basicamente, um dos fatores mais importantes no processo de mudança dos estados físicos da matéria é a temperatura. Portanto, a temperatura incide sobre a matéria mudando sua densidade e estado físico, esse processo é bem visível quando observamos a água em diferentes temperaturas.

Neste sentido, a fusão da água acontece na temperatura fixa de 0°C ao nível do mar. Por outro lado, a ebulição da água também acontece em uma temperatura constante, que é de 100°C ao nível do mar. A propósito, é importante lembrar que o ponto de ebulição das substâncias pode variar bastante, dependendo da pressão atmosférica.

Contudo, quando se observa outras substâncias além da água, chega-se a muitos resultados. Neste sentido, quando os cientistas observaram as substâncias etanol e naftaleno verificou-se algumas constâncias nos pontos de fusão e ebulição.

  •  Fusão do etanol: 114°C
  •  Ebulição do etanol: 78°C
  •  Fusão do naftaleno: 80°C
  •  Ebulição do naftaleno: 218°C

Curiosidade: Por apresentar um ponto de ebulição muito baixo (-196°C) o nitrogênio líquido é utilizado para conservar amostras biológicas.

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Curva de aquecimento e resfriamento

Basicamente, os estados físicos da matéria apresentam no processo de mudança de estado uma curva de aquecimento e também de resfriamento. No entanto, essa curva é dada pela mudança de temperatura sofrida por determinada matéria e o tempo transcorrido. 

Neste sentido, quando observamos a água sólida (a – 40°C) e chegando ao estado gasoso (a 120°C) registra-se durante o experimento a temperatura de amostra e o tempo transcorrido desde o início.

Assim, com todos esses dados podemos elaborar um gráfico de temperatura. Neste sentido, colocamos a temperatura de amostra de água, em função do tempo transcorrido no aquecimento. Por fim, durante o aquecimento, a água sofre fusão a 0°C e entra em ebulição a 100°C. Por outro lado, outra experiência que pode ser realizada em laboratório se relaciona ao resfriamento e a sua progressão.

Neste sentido, podemos acompanhar a temperatura e o tempo transcorrido durante o resfriamento de uma amostra de água. Assim, partindo do estado gasoso (120°C) até o estado sólido (-40°C), elaboramos um gráfico que relaciona a temperatura dessa amostra em função do tempo transcorrido.

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Portanto, a curva resultante desse experimento é denominada de curva de resfriamento da água pura. Basicamente, durante o resfriamento, a água condensa a 100°C e solidifica a 0°C.

Alguns estados físicos da matéria singulares

superinterressante

Apesar de a grande maioria das agregações moleculares estarem classificadas em três estados básicos, como sólido gasoso e líquido, existem alguns estados que não se enquadram nesses três. Algumas dessas substâncias são as pérolas de potássio, que apresentam efervescências que resultam em gás hidrogênio e hidróxido de potássio.

Além disso, essas pérolas se definem por uma matéria, na qual os átomos de potássio exibem propriedades líquidas e sólidas ao mesmo tempo. Contudo, pode se tornar líquido e sólido ao mesmo tempo com algumas condições de temperatura.

Neste sentido, quando submetida a alta pressão, essa matéria de potássio, que em sua estrutura sólida é cristalina, pode se transformar em uma estrutura nem sólida e nem líquida.

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Além disso, existem outros estados incomuns da matéria, como:

  • Supercondutor: consegue-se quando metais são resfriados a baixas temperaturas, permite a condução elétrica sem resistências.
  • Plasma: resulta do superaquecimento do gás com o núcleo separado de seus elétrons.
  • Condensado de Bose-Einstein: todos os átomos agem como uma mesma partícula. Basicamente, esse estado consegue-se com temperatura próxima do zero absoluto.
  • Superfluido: líquido resfriado a quase zero absoluto. Pode fluir sem fricção e até subir pelas laterais do recipiente.

Gostou da matéria? Se gostou, leia também: Rochas – O que são, Diferenças entre rochas e pedras, e principais tipos.

Fontes: Manual de Química, Mundo Educação, Toda Matéria, Sb Física

Imagens: Pexels, Wikiwand, Superinteressante

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Bibliografia

FOGAÇA, Jennifer, Estados Físicos da Matéria. Manual de Química, em https://www.manualdaquimica.com/quimica-geral/estados-fisicos-materia.htm,

GOUVEIA, Rosimar, Estados Físicos da Matéria. Toda Matéria, em https://www.todamateria.com.br/estados-fisicos-da-materia/,

MONTEIRO, Estela M. C. Novos estados físicos da matéria – Sociedade Brasileira de Física, em http://www.sbfisica.org.br/v1/portalpion/index.php/noticias/150-novo-estado-fisico-da-materia

SOUZA, Liria Alves de, Estados Físicos da Matéria. Mundo Educação, em https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/estados-fisicos-materia.htm,

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