Dalton e as mudanças de estado físico

Curva de arrefecimento

Ao arrefecer uma substância pura a pressão constante, a temperatura desce, mas estagna durante a condensação (gás → líquido) e a solidificação (líquido → sólido): a energia retirada reorganiza as partículas sem baixar a temperatura do sistema nesses patamares.

Um modelo para os estados físicos da matéria

A matéria é formada por partículas (átomos, íons ou moléculas, conforme o caso). No início do século XIX, John Dalton propôs um modelo em que os átomos seriam esferas maciças e indivisíveis (na época); átomos de elementos diferentes diferem em massa e tamanho.

Representação esquemática de átomos de elementos diferentes (cores fantasia; não à escala):

Você já estudou — eletricidade e a matéria

Um modelo científico é uma representação que explica fenómenos e permite previsões — não precisa ser uma “cópia fiel” da realidade, mas deve ser útil e testável. O modelo particulado da matéria ainda hoje organiza a ideia de sólido, líquido e gasoso e processos como a dissolução.

Modelo particulado — ideia central

Entre as partículas existe espaço vazio. A temperatura associa-se à agitação média; as forças de atração e a organização explicam forma e volume macroscópicos.

Estado sólido

Forma e volume próprios. No modelo particulado, as partículas estão muito próximas, com forças de atração fortes; vibram em torno de posições fixas (sem translacção). Sólidos podem ser atómicos (ex.: metais) ou moleculares (ex.: gelo, açúcar).

Estado líquido

Volume próprio, mas forma do recipiente. As partículas estão próximas (ligeiramente mais afastadas que no sólido, em geral), com atração ainda significativa; além de vibrar, transladam-se umas em relação às outras (o líquido flui).

O mesmo volume de líquido adapta a forma ao frasco:

O mesmo volume em frascos diferentes — a forma do líquido segue o recipiente.

Líquido: muito próximas, empilhamento desordenado; espaço vazio entre partículas.

Estado gasoso

Forma e volume variáveis — o gás ocupa todo o recipiente. Partículas afastadas, movimento desordenado intenso. Ao comprimir um gás (ex.: seringa tapada), reduz-se sobretudo o espaço vazio entre partículas; o número de partículas mantém-se.

Dos sólidos aos gases — tendências

Ao passar do sólido ao gás (para a mesma substância), em termos médios:

• diminui a força de atração entre partículas;
• dimui o grau de organização;
• aumenta a movimentação das partículas.

Mudanças de estado — calor absorvido ou libertado

Processos que absorvem calor (endotérmicos) tendem a “separar” partículas: fusão, vaporização, sublimação. Processos que libertam calor (exotérmicos) reorganizam para fases mais ordenadas: solidificação, condensação, ressublimação.

Convénção mnemónica: ao aquecer, tende a passar para fases com maior agitação (sólido → líquido → gás); ao arrefecer, o inverso.

Nota: o vapor de água é invisível; o que se vê a sair de uma chaleira são microgotículas líquidas formadas quando o vapor quente encontra ar mais frio — semelhante ao formar-se nuvens.

Vídeo de apoio — estados da matéria