Fases da matéria

Fases da matéria

1. Conceito

   • Dependendo da temperatura e da pressão a que está submetida uma substância encontrada em uma das seguintes fases: Sólida, líquida ou gasosa, sendo a gasosa dividida em três partes; vapor, gás e plasma 

2. Fase Sólida

   • Na fase sólida, os átomos ou moléculas que compõem uma substancia estão ligados entre si por forças interatômicas e intermoleculares intensas. Tais forças organizam as particulas em posições rígidas, umas em relação às outras, de modo a formar uma estru- tura geométrica. Essa estrutura é denominada retículo cristalino, que faz com que um material nessa fase mantenha as seguintes características: forma e volume bem-definidos; partículas próximas umas das outras e ligadas; partículas com grau de liberdade restrito ao movimento de vibração em torno de uma posição de equilibrio. A vibração das partículas de um corpo qualquer na fase sólida está diretamente re- acionada à sua temperatura. Quanto maior a temperatura, mais intensa a vibração das moléculas. Para cada substância, existe um limite de vibração para o qual ela ainda per- manece no estado sólido. Acima desse valor, a substância passa a existir no estado líquido. Esse limite é característico dos sólidos verdadeiros.

3. Fase líquida

   • Na fase líquida, as partículas que compõem a substância estão liga- das pelas mesmas forças existentes no estado sólido, porém são menos intensas. A intensidade dessa força determina o grau de liberdade das partículas. Por isso, no estado líquido, as partículas podem vibrar, girar e trasladar, ou seja, seu movimento é mais livre comparado ao estado sólido, e elas mantêm uma distância fixa de afastamento. A fase líquida apresenta as seguintes características: volume bem-definido; a forma da massa líquida é a mesma do recipiente que a contém; partículas podem se mover, mas mantêm uma distância fixa entre elas; o grau de liberdade das partículas é menos restrito e permite vibração, rotação e translação.

4. Fase gasosa

   • Na fase gasosa, as partículas que compõem a substância apresentam uma força de atração entre elas praticamente nula. Essas partículas es- tão livres, de forma a ter grau de liberdade irrestrito. Essa fase apresenta as seguintes características: assumem o volume e a forma do recipiente que contém a massa gasosa; partículas praticamente livres umas das outras; movimento permanente e desorganizado das partículas.

5. Calor latente

   • Uma substância pura, durante a mudança de fase, troca calor com o meio, sem que sua temperatura varie. Isso ocorre porque, entre os estados sólido, líquido e gasoso, existe um salto de energia. Por exemplo, para uma substância mudar do estado sólido para o líquido, os átomos ou moléculas precisam ganhar certa quantidade de energia apenas para mudar de estado. Essa quantidade de energia para mudar de estado físico é o calor latente da substância Com isso, partículas com a mesma temperatura, nos estados sólido, líquido e gasoso, se encontram em estados de energia diferentes. Podemos ter água líquida e vapor de água com a mesma temperatura, no ambiente. Nesse caso, dizemos que o vapor "guarda" mais energia que a água líquida. Esse calor latente é a energia potencial no interior da matéria. A estrutura do sólido é mais organizada, portanto mais "econômica", pelo fato de gas- tar menos energia para sua manutenção. No estado líquido, as partículas estão menos organizadas, o que implica mais energia para sua manutenção. No estado gasoso, as partículas estão totalmente desorganizadas, o que requer uma quantidade ainda maior de energia para permanecer nesse estado.

6. Medida do calor na mudança de fase

   • O calor trocado durante a mudança de fase é denominado quantidade de calor laten- te Como foi definido, o calor latente L) refere-se à quantidade de calor por unidade de massa que muda de fase; então, para a mudança de fase, temos a seguinte expressão:  Q=m. L em que Q representa a quantidade de calor latente trocada numa mudança de fase. O valor de L depende das características da cada substância e da transição de fase que ocorre, e pode ser determinado por: L=Q/m,  assim a unidade de L será J/kg no Sistema  Internacional ou cal/g no sistema de unidades comumente utilizado. Vamos considerar o calor latente de fusão do gelo em condições normais de pressão que é igual a L=80 cal/g, ou seja, é necessário que ele receba 80 calorias para fundir 1 grama de gelo a 0°C, sob pressão de 1 atm. Na fusão e na ebulição, a substância recebe calor, então L > O e L > 0. Na solidificação e na condensação, a substância cede calor, então L, <0 e L. <0. Para a água, a 1 atm, temos: Calor latente de fusão do gelo a 0°C = L = 80 cal/g Calor latente de vaporização da água a 100°C = L = 540 cal/g Calor latente de solidificação da água a 0°C = L, = -80 cal/g Calor latente de condensação da água a 100°C = L, =-540 cal/g Observe que, para os processos contrários, o valor do calor latente apenas muda de sinal.

7. Curvas de aquecimento e resfriamento com mudanças de fase

   • O aquecimento ou resfriamento de um corpo, com mudanças de fase, pode ser representado em um gráfico de tempe- ratura por tempo (0 x t), quando o corpo recebe calor a uma razão constante, ou por um gráfico de temperatura por quanti- dade de calor (0x Q). 1 Vamos observar uma curva de aquecimento de um corpo, inicialmente na fase sólida: O aquecimento ou resfriamento de um corpo, com mudanças de fase, pode ser representado em um gráfico de tempe- ratura por tempo (© x t), quando o corpo recebe calor a uma razão constante, ou por um gráfico de temperatura por quanti- dade de calor (0x O). 1 Vamos observar uma curva de aquecimento de um corpo, inicialmente na fase sólida:

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