As quatro fases da matéria
Sólidos, líquidos, gases e plasmas: essas palavras devem ser bastante familiares para você porque são as quatro fases da matéria , que são simplesmente as diferentes formas que a matéria pode assumir. O que é interessante é que muitas substâncias podem existir em mais de uma fase. Tome a água, por exemplo: a água pode existir como um sólido (gelo), um líquido (água líquida) e um gás (vapor d’água).
A diferença entre esses estados é a quantidade de energia. Os sólidos têm a menor quantidade de energia, o que explica por que suas partículas ficam tão juntas. Os líquidos têm mais energia do que os sólidos, e é por isso que assumem a forma de seu recipiente, mas apenas na superfície.
Os gases têm ainda mais energia do que os líquidos. Tanto mais que suas partículas se espalham para preencher todo o espaço de seu recipiente. As partículas de gás têm tanta energia que simplesmente não conseguem ficar paradas. Eles voam em todas as direções, colocando a maior distância possível entre eles e o resto das partículas de gás.
Os plasmas são gases ionizados e, em sua forma natural, são incomuns na Terra. Você os viu como coisas feitas pelo homem, como letreiros de néon e lâmpadas fluorescentes. Mas no resto do universo, o plasma é na verdade a fase mais comum da matéria! A maioria das estrelas são de plasma, assim como as luzes do norte que você vê nas regiões polares. No entanto, o plasma só existe sob certas condições, então vamos encerrar nossa discussão sobre ele aqui para esta lição.
Teoria Cinética da Matéria
A teoria cinética da matéria afirma que toda matéria é feita de pequenas partículas que estão em movimento aleatório e que têm espaço entre elas. Isso significa que não importa em que fase a matéria esteja, ela é feita de partículas separadas e móveis.
Essa teoria parece muito simples, mas na verdade explica muito sobre as propriedades físicas da matéria e como ela se comporta. Você pode se surpreender ao saber que as partículas de um sólido estão realmente se movendo, mas não o suficiente para você ver. Esse tipo de movimento vibracional é o motivo pelo qual um sólido não muda de forma, não importa em que tipo de recipiente você o coloque.
Lembra como as partículas líquidas têm mais energia do que os sólidos? A energia extra neste estado permite que as partículas se movam mais livremente e se espalhem mais do que as de um sólido, colocando mais espaço entre essas partículas. É por isso que um líquido vai assumir a forma de seu recipiente até sua superfície.
E como os gases têm ainda mais energia do que os líquidos, suas partículas também se movem muito mais. É por isso que um gás se expande para preencher todo o seu recipiente, não apenas até a superfície como um líquido. Não apenas as partículas de um sólido não se movem muito, mas também são mantidas muito próximas umas das outras por fortes forças de atração. Essas forças são o que mantém as partículas no lugar e é o que dá ao sólido seu tamanho e forma fixos.
Por outro lado, as partículas de um gás estão tão distantes umas das outras que as forças de atração entre elas são consideradas desprezíveis. As partículas de um gás são vistas como independentes umas das outras, o que significa que o gás é o oposto de um sólido e não tem tamanho ou forma fixos.
Como o movimento das partículas líquidas ocorre entre um sólido e um gás, as forças de atração entre suas partículas também estão na faixa intermediária das outras duas fases. As partículas líquidas têm mais liberdade do que as partículas sólidas, razão pela qual um líquido pode fluir livremente. Isso significa que, como um gás, um líquido não tem forma fixa. Mas, como as partículas não são tão livres quanto as de um gás, um líquido tem um volume fixo.
Mudanças de fase
A teoria cinética da matéria também é útil para explicar por que as substâncias podem mudar de fase sob certas condições. Você sabe que a água pode ser sólida, líquida ou gasosa, mas como isso acontece? Uma mudança de fase ocorre quando a energia é adicionada ou retirada da matéria, geralmente na forma de calor.
Quando você aquece um cubo de gelo, ele derrete, virando água líquida, certo? Isso acontece porque as partículas do cubo de gelo são aquecidas, o que significa que têm mais energia. Assim como quando você fica energizado depois de comer um biscoito e começa a pular, as partículas que têm mais energia também se movem mais. Quando eles têm energia suficiente, eles mudam de fase de sólido para líquido.
O mesmo se aplica às partículas líquidas que são aquecidas. Ao aquecer uma panela com água no fogão, você eventualmente aquece a água o suficiente para que comece a ferver. Quando a água líquida atinge o ponto de ebulição, ela se transforma em vapor d’água, que é a água na fase gasosa. As partículas têm tanta energia que passaram por uma mudança de fase – desta vez de líquido para gasoso.
Também podemos criar uma mudança de fase na direção oposta removendo o calor e, portanto, removendo a energia. Quando você congela a água, ela se transforma em gelo porque você removeu o calor da água. As partículas desaceleram e ficam sólidas porque não têm energia suficiente para se mover como um líquido. É também por isso que a água se acumula do lado de fora do seu copo em um dia quente. O vapor de água no ar esfria ao atingir seu copo de limonada, de modo que as partículas de água diminuem a velocidade e mudam de gás para líquido.
Um ponto importante a observar é que diferentes tipos de matéria requerem diferentes quantidades de energia para mudar de fase. Nem todos os sólidos derretem na mesma temperatura, assim como nem todos os líquidos fervem na mesma temperatura. Depende da força dessas forças atrativas entre as partículas e quão fáceis ou difíceis de superar.
Resumo da lição
A teoria cinética da matéria nos diz muito sobre as diferentes fases da matéria. Essa teoria afirma que toda matéria é feita de pequenas partículas que estão em movimento aleatório e que têm espaço entre elas.
Embora essa teoria descreva toda a matéria, nem toda matéria é a mesma. As diferentes fases da matéria existem por causa das diferenças no movimento e no espaço entre essas partículas. Nos sólidos, as partículas têm muito pouco movimento e são mantidas juntas com muita força, com pouco espaço entre elas.
Partículas líquidas têm um pouco mais de liberdade que as de sólidos porque têm mais espaço e, portanto, forças mais fracas entre elas. As partículas de gás são tão livres que são consideradas independentes umas das outras. As forças de atração entre eles são consideradas desprezíveis porque as partículas estão muito distantes umas das outras.
A matéria pode mudar de uma fase para outra quando a quantidade de energia das partículas é alterada. Se energia suficiente for adicionada a um sólido, ele pode se transformar em líquido, e adicionar ainda mais energia transformará esse líquido em gás. Mas mesmo que a matéria possa mudar de fase adicionando ou removendo calor, cada tipo de matéria requer diferentes quantidades de energia para que essas mudanças ocorram.
Resultados de Aprendizagem
Ao final desta lição, você será capaz de:
- Lembre-se dos quatro estados da matéria e suas características
- Explique a teoria cinética da matéria
- Discuta o efeito da energia na matéria em seus diferentes estados