Mudanças de Estado (sólido, líquido e gasoso)

Quais são os estados da matéria? O que são as curvas de aquecimento ou de resfriamento da matéria? Como a pressão interfere na mudança de estado da matéria? O que é o diagrama de fases da matéria? Pode uma substância se encontrar nos três estados simultaneamente?

Venha revisar com a gente os três estados da matéria! Entenda como a pressão pode interferir nos processos de mudanças de estado físico. Aprenda a compreender as curvas de aquecimento e resfriamento da matéria, assim como o diagrama de fases. Fique, revise, estude e mande bem em Física nos vestibulares e no Enem! 

Mudanças de estado físico da matéria

As mudanças de estado físico da matéria acontecem de várias formas sendo muito comuns em nosso dia a dia. Um exemplo de fenômeno desse tipo é a água fervendo.

Essas mudanças de estado, também conhecidas como mudanças de fase, são alterações nas formas com que as partículas de uma mesma substância estão espacialmente ordenadas.

Ao receber ou perder calor, uma substância pode sofrer uma reorganização de suas partículas. Essa reordenação é tão importante que se percebe, macroscopicamente, uma mudança de seu estado.

Em geral, toda a matéria é encontrada em um dos estados físicos: sólido, líquido e gasoso.

No quadro abaixo você encontrará as principais características de cada uma delas:

 

 

Estado sólido Estado líquido Estado gasoso
Volume Bem definido. Constante. Bem definido. Constate. Ocupa todo o espaço do recipiente que o contém. É variável.
Forma Bem definida. Constante. Adquire a forma do recipiente que a contém. Adquire a forma do recipiente que o contém.
Distância entre suas partículas As partículas (moléculas ou átomos) estão bem próximas umas das outras. As partículas estão fracamente ligadas entre si, de modo que ficam mais separadas que no estado sólido. As partículas estão ainda mais fracamente ligadas, que no estado líquido, de modo que ficam ainda mais separadas.

 

Movimento de suas partículas As partículas possuem posição fixa, determinando rigidez na estrutura. As partículas deslizam umas sobre as outras, o que possibilita o escoamento do líquido. As partículas movimentam-se com grande liberdade e só interagem por meio de colisões.
Exemplos Folhas de vegetais, rochas, gelo, diamante. Água, óleo, mercúrio. Ar atmosférico, vapor d’água, gases em geral.

 

Fatores que provocam mudanças de fase

Basicamente, há dois fatores que provocam as mudanças de estado físico: a pressão e o calor.

Calor: Como você sabe, o calor é a transferência de energia térmica entre corpos com temperaturas diferentes. Quando um corpo recebe calor, suas moléculas passam a vibrar mais com a nova carga de energia. Dessa maneira, a vibração faz com que as moléculas se afastem, diminuindo a atração entre elas. Dependendo da quantidade de calor absorvida por esse corpo, suas moléculas irão vibrar cada vez mais, desorganizando-se. Isso irá provocar a mudança de estado físico.

O contrário também é válido. Caso um corpo perca calor, suas moléculas passam a vibrar cada vez menos, aproximando-se. Assim, passam a ter maior atração entre si, ficando mais organizadas. Isso também provocará alteração de fase.

Para que você entenda melhor as mudanças de estado por causa da temperatura, preparei um gráfico sobre a água. Neste quadro, os dados relacionam a quantidade de calor recebido com a temperatura.

Esse tipo de gráfico recebe o nome de “curva de aquecimento” ou “curva de resfriamento” da substância em questão, dependendo do sentido que é observado. Ele permite entender melhor as temperaturas de fusão e vaporização de uma substância.

Observe no gráfico abaixo que à medida que a quantidade de calor aumenta, a temperatura também se eleva. A temperatura, como você sabe, mede o grau de agitação das moléculas. Quanto maior a temperatura, mais agitação e mais desorganização.

mudanças de estado da água

Acompanhe no quadro abaixo o detalhamento das diferentes transformações que a água passa e que estão representadas no gráfico:

Etapa Estado Temperatura
A Sólido (gelo) – 50 oC
A—B Solido (apenas gelo) Aumentando de –50oC até ­0oC
B—C Transição da fase de sólido (gelo e água) 0oC
C—D Líquido (apenas água) Aumentando de 0oC até 100oC
D—E Transição da fase de líquido (água e vapor) 100oC
E—F Gasoso (apenas vapor) Aumentando para mais de 100oC

 

Chamo a atenção de você para lembrar que durante a transição de uma fase, a temperatura sempre é constante, independentemente da quantidade de calor que recebe, como vemos na fusão e na ebulição.

– Pressão: A pressão é outro fator que pode alterar o estado físico de uma substância. Para exemplificar, vamos pensar no botijão de gás. Dentro do botijão, ao contrário do que seu nome diz, não encontramos gás, mas sim um líquido (GLP – gás liquefeito de petróleo).

Isso porque o gás foi pressionado para dentro desse recipiente, espremido lá dentro. Dessa maneira, a pressão exercida pelo recipiente faz com que as moléculas do gás fiquem muito próximas. Assim, elas acabam tento maior atração umas sobre as outras, fazendo com que o gás se torne líquido.

Para que você compreenda como isso ocorre, vamos analisar um diagrama de fases.

Este diagrama é um gráfico que descreve as condições de temperatura e pressão nas quais os estados da matéria possam ocupar. Observe abaixo um diagrama de fases genérico, que relaciona a temperatura no eixo das abscissas e a pressão no eixo das ordenadas.

diagrama de fases

Coloquei apenas algumas mudanças de fases para o gráfico não ficar muito poluído ok?

Nas três linhas de equilíbrio podemos encontrar dois estados da substância, pois é o local onde acontece a mudança de fase.

E no local onde as três linhas de equilíbrio se encontram, é possível encontrar a substância nos três estados, sólido, líquido e gasoso. É denominado ponto triplo da substância ou ponto tríplice.

Cada substância tem para o ponto triplo, apenas uma única temperatura e uma única pressão, por exemplo, para a água, o ponto triplo se dá a 0,01 oC e pressão de 0,006 atm. Nessas condições, gelo, água líquida e vapor d’água podem coexistir.

Vamos ver um exercício para você fixar o que escrevi.

1) No diagrama de fases do dióxido de carbono (CO2) abaixo, identifique:

a) o ponto triplo;

b) a menor temperatura da qual o dióxido de carbono é encontrado na forma líquida;

c) em quais temperaturas o dióxido de carbono pode existir na forma líquida quando a pressão for igual a 1 atm.

mudanças de estado exercício

Resolução:

a) De acordo com o diagrama de fases o ponto triplo acontece para T = –57oC e P = 5,2 atm.

b) O ponto mais a esquerda da região demarcada como líquido ocorre em –57oC que é a temperatura do ponto triplo.

c) Para pressão de 1 atm, não existe nenhuma temperatura possível para CO2, existir na forma líquida. É por isso que, à pressão e temperatura ambientes, o CO2 (gelo seco) sublima, passando do sólido para o estado gasoso diretamente.

Você pode fixar melhor o tema com nossa aula e resolução de exercícios:

Agora resolva 10 questões sobre mudanças de estado e continue estudando:

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Sobre o(a) autor(a):

Rodinei Pachani é mestre em Geofísica pela USP-SP, com licenciatura plena em matemática, possui pós-graduação em Gerência Financeira e especialização em Estatística Aplicada. Possui experiência de mais de 28 anos em sala de aula, tendo trabalhado com ensino médio, cursinhos e Faculdades. É autor do livro “Ciência ao alcance de todos” e possui um canal no YouTube onde realiza experimentos, explica conteúdos e resolve exercícios de física.