by GREGO^®

Alguns falam em tres ou quatro estados da matéria. Alguns falam em 13 estados. Outros, que é  o meu caso, preferem falar em fases da matéria.

O objetivo desse post não é discutir o número de fases ou estados possíveis e identificados, mas sim, em linhas gerais, descrever as semelhanças entre os estados de agrupamento das moléculas nas substâncias conforme as vemos.

Mudanças de fase

A animação abaixo mostra de forma qualitativa as principais mudanças de fase enfatizando que a temperatura não varia durante tais mudanças. Calor Latente.

Visão macroscópica das mudanças de fase

Visão microscópica das mudanças de fase

A fase sólida

Se analisarmos macroscopicamente as substâncias sólidas veremos que possuem forma e volume próprios e bem definidos. Isso pode ser explicado pelo modelo cinético das moléculas.

Num sólido, os átomos e as moléculas estão unidos por forças de origem elétrica que se comportam de forma muito parecida às forças elásticas. São forças restauradoras que tendem a devolver a partícula à sua posição de equilíbrio.

Por esse motivo a analogia com “molinhas” é muito usada. Além disso, o modelo cinético explica que a temperatura em um sólido pode ser traduzida pelo grau de agitação dessas moléculas comprimindo e distendendo as “molinhas” que representam as forças entre elas.

Aqueles sólidos cuja estrutura molecular seja organizada são chamados de sólidos cristalinos e possuem características bem definidas.

Os sólidos que possuem suas moléculas organizadas em redes cristalinas são denominados sólidos cristalinos. O sal de cozinha é um exemplo de sólido que possui esse tipo de estrutura. O gelo é outro.

Outros possuem estrutura desorganizada e de moléculas muito grandes e apolares são chamados de sólidos amorfos e possuem características bem peculiares.

Os sólidos que não possuem suas moléculas organizadas em redes cristalinas são denominados sólidos amorfos. O vidro é um exemplo de sólido que possui esse tipo de estrutura. A borracha e o plástico são outros. Ao lado vemos um artesão preparando vidro derretido para ser moldado.

Transição de sólido para líquido

Ao cedermos calor (energia) a um sólido que não está em seu ponto de fusão, provocamos nele um aquecimento, o que significa que as moléculas se agitam cada vez mais, forçando cada vez mais as “molinhas”e provocando na maior parte dos casos verificados uma dilatação nas dimensões desse sólido.

As forças entre as moléculas de um sólido não conseguem manter a fase sólida com suas características para sempre. A partir de um certo valor de energia térmica (agitação) das moléculas, essas características tendem a mudar, pois geram energia cinética suficiente para quebrar as ligações que as mantêm em seus lugares e ganham certas liberdades, como por exemplo, passar umas pelas outras e de assumir o formato do recipiente que as contém. A essa transição chamamos fusão.

Nos sólidos cristalinos a fusão acontece de forma brusca. Ao atingir determinada temperatura denominada Ponto de fusão, a substância perde as características de um sólido e escorre, já com características dos líquidos.

Nos sólidos amorfos a fusão geralmente ocorre de forma gradual, com um amolecimento do sólido passando por uma fase pastosa até adquirir as características dos líquidos.

A fase líquida

Macroscopicamente, os líquidos não possuem forma própria. Assumem a forma do recipiente que os contém e na ausência de um recipiente, as forças entre as moléculas tendem a fazer com que os líquidos assumam o formato esférico. Também possuem o que chamamos de fluidez, capacidade de escorrer e pequena resistência à penetração.

Isso acontece porque as moléculas de substâncias no estado líquido se apresentam mais afastadas entre si que as moléculas de substâncias sólidas, o que indica que são forças mais fracas do que aquelas “molinhas” que unem as moléculas de um sólido. Lembre-se que forças elétricas são forças inversamente proporcionais ao quadrado da distância que separa as cargas.

Transição de líquidos para gasosos

Como vimos, num líquido as moléculas ainda estão mais ou menos em contato entre si, mas constantemente se ultrapassam. Você pode fazer uma analogia com uma multidão se acotovelando na saída do cinema após um filme.

Mas se continuarmos fornecendo energia a esse líquido e elevando sua temperatura, chegamos em uma temperatura crítica em que as moléculas possuem tanta energia cinética que conseguem passar livremente umas pelas outras, e podem colidir, ricocheteando violentamente, como bolinhas perfeitamente elásticas. Ocupando assim todo o volume disponível, exercendo pressão sobre as superfícies que tiverem contato. Dizemos que o líquido sofreu vaporização, ou seja, tornou-se um vapor.

A vaporização pode acontecer de três formas distintas:

Ebulição

A ebulição é uma forma turbulenta de um líquido passar para o estado gasoso. Fervura.

Mantendo a pressão constante, a ebulição ocorre a uma determinada temperatura, com agitação das partículas do líquido e com formação de bolhas.

Calefação

A calefação é uma passagem extramamente rápida do estado líquido para o estado gasoso. Imagine uma chapa superaquecida, e em cima dela gotejando água, por exemplo, iremos observar que é muito rápida a passagem da gota de água para vapor, ou seja, antes mesmo de tocar a superfície, a superfície mais externa do líquido passa para vapor, esta passagem é denominada calefação.

Evaporação

A evaporação, ao contrario da ebulição, ocorre a qualquer temperatura, sob a pressão constante. É um processo natural e calmo.  Porém esta temperatura é inferior a temperatura de ebulição.

Fatores que influenciam na velocidade de evaporação:

- Quanto maior a pressão atmosférica, menor será a velocidade;
- Quanto mais o liquido for volátil, maior será a velocidade;
- Quanto maior a área de contato com o ar, maior a velocidade;
- Quanto maior for a temperatura do liquido, maior a velocidade.

Um fenômeno que não deve ser esquecido é a tensão superficial. Leia post aqui no DeltaTeta.