Como as forças de coesão e de repulsão atuam nas fases sólidas líquidas e gasosas?

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. Além disso, elas 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 em 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:

1. 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.
2. 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).
3. Liquefação ou Condensação: passagem do estado gasoso para o estado líquido por meio do resfriamento, por exemplo, a formação do orvalho.
4. 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.
5. 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).

Resumo sobre Estados Físicos da Matéria

Veja no infográfico abaixo um resumo sobre os estados físicos da matéria.

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.

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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.

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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.

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Alternativa b: Condensação do vapor-d’água no final do processo.

Veja também:

Mudanças de estado físico

Liquefação ou Condensação

Bacharel em Meteorologia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) em 1992, Licenciada em Matemática pela Universidade Federal Fluminense (UFF) em 2006 e Pós-Graduada em Ensino de Física pela Universidade Cruzeiro do Sul em 2011.

Como se apresentam as forças de coesão e repulsão no estado líquido?

O que e força de coesão e força de repulsão?

Qual o comportamento das partículas quando a água se encontra no estado físico sólido e gasoso?

O que e força de coesão e adesão?