Estados físicos da matéria

Os estados físicos da matéria são formas que a matéria se apresenta no universo, de acordo com as condições de temperatura e pressão. A matéria pode se apresentar em três estados, sólido, líquido e gás, embora alguns autores considerem o plasma como um estado da matéria. Os estados físicos vão depender da natureza das interações entre as partículas, assim como a pressão e a temperatura.

Esses estados diferem em termos de estado de agregação e interação, sendo o sólido o estado mais agregado e o gás o estado menos agregado, com as partículas interagindo mais fracamente. A matéria pode passar de um estado para outro por meio de processos conhecidos como mudanças de estado físico da matéria. Além dos estados clássicos, também são descritos estados incomuns da matéria, como o condensado de Bose-Einstein.

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Resumo sobre estados físicos da matéria

• Os três estados físicos da matéria são: sólido, líquido e gasoso.
• O estado sólido é o estado mais agregado da matéria, em que as partículas estão mais próximas e com alto grau de interação.
• O estado líquido é um estado intermediário em termos de agregação e interação, comparando-se ao estado sólido e gasoso.
• No estado gasoso as partículas possuem alta velocidade, com baixa interação e baixa agregação.
• Os estados físicos da matéria dependem da natureza das interações entre partículas, assim como da pressão e da temperatura.
• A matéria pode alterar seu estado físico por meio de operações conhecidas como mudanças de estado físico da matéria.
• Outros estados físicos podem ser descritos, os quais são incomuns, como o plasma e o condensado de Bose-Einstein.

Videoaula sobre estados físicos da matéria

Quais são os estados físicos da matéria?

A matéria pode ser apresentada na natureza em três estados de agregação, conhecidos como estados físicos: sólido, líquido e gasoso.

• O estado sólido é o estado mais agregado da matéria, em que as partículas estão mais próximas e com alto grau de interação. Macroscopicamente, a matéria sólida apresenta volume e forma bem definidos, sendo pouco compressível.
• O estado gasoso é diametralmente oposto ao estado sólido, com as partículas com baixa interação entre si, tendo maior energia cinética e grau de agitação. Assim sendo, os gases são completamente expansíveis, não possuindo forma nem volume definido, o que quer dizer que a matéria gasosa sempre toma a forma e o volume do recipiente em que está inserida. Os gases também podem ser comprimidos, já que, por conta da baixa interação entre as partículas, estas estão muito espaçadas.
• O estado líquido, assim sendo, é um estado intermediário em termos de agregação. As partículas possuem maior grau de liberdade que nos sólidos, mas menos que nos gases. Macroscopicamente, os líquidos não possuem forma definida, mas seu volume é bem definido.

→ Existe um quarto estado físico da matéria?

Alguns autores acabam definindo também um quarto estado, conhecido como plasma. O plasma é um estado superaquecido, tão quente que os elétrons são retirados dos átomos, formando um gás ionizado. Boa parte do universo visível é composto por plasma. Da mesma forma que ao se aquecer um líquido chega-se em um gás, ao se aquecer um gás chega-se ao plasma. Pelo fato de o plasma ser um gás ionizado é que outros autores não o consideram como um estado da matéria, afinal, é um gás.

Veja também: Quais são as propriedades da matéria?

O que determina os estados físicos da matéria?

Os estados físicos da matéria diferenciam-se de acordo com o grau de proximidade das partículas constituintes da substância. Esse grau de proximidade é consequência direta de forças de interações (como interações iônicas, dipolo-dipolo, ligação de hidrogênio, etc.), pois quanto mais fortes forem as interações, mais próximas estarão as partículas.

Por isso, o sólido é o estado com maior agregação, com as partículas possuindo o menor grau de liberdade de movimento. Neste estado, as interações são mais fortes, aproximando as partículas e diminuindo a energia cinética destas.

No estado gasoso, ao contrário, a interação entre as partículas é muito baixa. No modelo de gás ideal, por exemplo, as interações são até desprezadas. A alta energia cinética das partículas gasosas dificulta a aproximação destas, assim enfraquecendo as interações.

A temperatura e a pressão também são fatores que auxiliam na aproximação das partículas. A temperatura mede o grau de agitação das partículas e, assim sendo, quanto menor a temperatura, mais lentas as partículas se movimentam, aumentando a aproximação e, por conseguinte, a interação entre estas.

Já quando se fala em termos de pressão, o aumento da pressão também propicia uma maior aproximação das partículas, pois o aumento da pressão as compacta em um menor volume, o que também intensifica as interações intermoleculares.

Mudanças de estados físicos da matéria

A matéria pode passar de um estado por outro mediante alterações de pressão e temperatura. São mudanças de estado físico da matéria:

• Fusão: é a passagem do estado sólido para o estado líquido, em um processo endotérmico.
• Vaporização: é a passagem do estado líquido para o estado gasoso, em um processo endotérmico. A vaporização pode ocorrer de três formas:
  • evaporação (passagem lenta e gradativa que ocorre abaixo da temperatura de ebulição do líquido);
  • ebulição (que ocorre quando a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão atmosférica);
  • calefação (passagem praticamente instantânea do estado líquido para o estado gasoso, pois o líquido entra em contato com uma superfície com temperatura muito acima da sua temperatura de ebulição).

• Condensação: também chamada de liquefação, ocorre quando o gás passa ao estado líquido, em um processo exotérmico.
• Solidificação: passagem do estado líquido para o estado sólido, em um processo exotérmico.
• Sublimação: passagem direta do estado sólido para o estado gasoso, em um processo endotérmico. A passagem do estado gasoso para o estado sólido também pode ser chamada de sublimação, mas é mais comum ser chamada de ressublimação ou deposição, a diferença é que nesse caso o processo é exotérmico.

Saiba mais: Qual a diferença entre ebulição, vaporização e evaporação?

Outros estados físicos de matéria

Existem estados incomuns da matéria, os quais não ocorrem naturalmente no universo. Quer dizer, até podem ocorrer, mas sua estabilidade só ocorre em condições muito específicas de pressão e temperatura.

→ Condensado de Bose-Eistein

Um desses estados é o condensado de Bose-Eistein (BEC), que é atingido quando uma amostra é levada a temperaturas muito próximas do zero absoluto (-273,15 °C). Nessa condição, o movimento molecular praticamente cessa e os átomos começam a se aglomerar (equiparar suas energias). Assim, entende-se que não há mais diversos átomos separados, mas sim uma espécie de “superátomo”, o que na verdade consiste em um estado em uma única onda quântica, o chamado condensado de Bose-Eistein.

→ Supercondução

O estado de supercondução pode ser definido como um estado exótico em que a matéria não apresenta resistência elétrica, ou seja, a condução elétrica é muito aumentada. Esse estado é alcançado em temperaturas próximas ao zero absoluto.

→ Superfluidos

Os superfluidos são líquidos resfriados a uma temperatura muito próxima do zero absoluto, sendo capazes de fluir sem qualquer resistência ou fricção, até mesmo com o comportamento de subir pelas paredes do recipiente e escorrerem para o lado externo.

A verdade é que conforme a tecnologia avança com a maior compreensão da matéria, os cientistas conseguem reproduzir estados cada vez mais distintos e particulares em laboratório. Dessa forma, outros rearranjos da matéria e novos comportamentos podem ser observados, dando origem a novas teorias e teses acerca do tema. Ou seja, os estados da matéria e sua compreensão ainda estão em debate e em perfeita expansão.

Exercícios resolvidos sobre estados físicos de matéria

Questão 1

(UVV Medicina/2022-1) Em Dubai, o verão é longo, árido e com temperaturas elevadas. Considera-se que a temperatura dessa cidade está em 42 °C.

Assinale a alternativa que cita, de forma correta, os estados físicos (sólido, líquido ou gasoso) respectivos das substâncias da tabela abaixo:

(A) Líquido, sólido, gasoso.

(B) Gasoso, líquido, líquido.

(C) Líquido, líquido e gasoso.

(D) Gasoso, sólido, líquido.

Sólido, sólido e gasoso.

Resposta: Letra C.

Em temperatura de 42 °C, tanto o álcool etílico quanto o mercúrio não superam seus pontos de ebulição; logo, apresentam-se como líquidos nessa condição.

Já o nitrogênio, nessa temperatura, consegue superar seu ponto de ebulição, apresentando-se como um gás.

Questão 2

(UFV/2022) Recentemente, astrônomos fizeram uma descoberta interessante a respeito de uma das luas do quinto planeta do Sistema Solar, o planeta Júpiter. Leia o fragmento da reportagem a seguir.

O conhecimento de Júpiter é fundamental para a compreensão de como os planetas gigantes gasosos e seus satélites se formam e evoluem. Astrônomos detectaram, pela primeira vez, evidências de vapor d’água na atmosfera de Ganimedes, a lua de Júpiter, considerada a maior do sistema solar. O vapor d’água se forma quando o gelo da superfície da lua passa de sólido a gasoso. A descoberta foi publicada na revista Nature Astronomy.

(ROCHA, Lucas. Hubble detecta vapor de água na atmosfera de Ganimedes, lua de Júpiter. CNN Brasil. Disponível em: https://www.cnnbrasil.com.br/tecnologia/hubble-detecta-vapor-de-agua-na-atmosfera-de-ganimedes-lua-de-jupiter/. Acesso em: 01 set. 2021.)

Considerando o trecho sublinhado da reportagem acima, pode-se concluir que a mudança de estado físico sofrida e a condição para que ela ocorra é a:

(A) condensação, com respectiva liberação de calor.

(B) vaporização, com respectiva absorção de calor.

(C) solidificação, com respectiva liberação de calor.

(D) sublimação, com respectiva absorção de calor.

Resposta: Letra D.

A passagem do estado sólido para o estado gasoso, sem passar pelo estado líquido, é chamada sublimação. Como se passa de um estado agregado (sólido) para um estado menos agregado (gás), o processo envolve absorção de calor.

Fontes

DO CANTO, E. L.; LEITE, L. L. C.; CANTO, L. C. Química – na abordagem do cotidiano. 1. ed. São Paulo: Moderna, 2021.

PLASMA SCIENCE AND FUSION CENTER – MIT. What is Plasma? Disponível em: https://www.psfc.mit.edu/vision/what_is_plasma

COURROL, L. C. Os Cinco Estados da Matéria. Medium. 12 mar. 2019. Disponível em: https://unifesp.medium.com/cinco-estados-da-materia-4a820b5023e0

WERDANN, M. How many states of matter are there? Nevada Today. 03 mar. 2023. Disponível em: https://www.unr.edu/nevada-today/news/2023/atp-how-many-states-of-matter-are-there