Como a temperatura e a pressão interferem na mudança de estado físico da matéria?

Licenciatura Plena em Química (Universidade de Cruz Alta, 2004)
Mestrado em Química Inorgânica (Universidade Federal de Santa Maria, 2007)

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O que caracteriza e define um estado físico da matéria são as forças atuantes em seu interior; coesão, a qual tende a aproximar as partículas, e repulsão, a qual tende a afastá-las. Quando a força de coesão supera a de repulsão, a substância se apresentará na fase de agregação chamada de sólido, quando as forças apresentarem a mesma intensidade, teremos um líquido, quando a de repulsão superar a de coesão, teremos então um gás. Cada um desses estados físicos distingue-se dos outros, entre outros fatores, por sua forma e volume. O estado sólido apresenta forma e volume constante, o líquido forma variável e volume constante, e o gasoso, forma e volume variáveis.

Na fase de agregação sólida, as partículas não apresentam liberdade de movimento, cabendo-lhes apenas movimentos de ordem vibracional, e a matéria terá maior densidade molecular. No estado líquido, as partículas podem literalmente “rolar” umas sobre as outras. Já na fase gasosa, as partículas terão ampla liberdade de movimento, e a matéria estará em sua fase de menor densidade molecular possível.

Como a temperatura e a pressão interferem na mudança de estado físico da matéria?

A matéria pode apresentar-se em qualquer estado físico, dependendo dos fatores pressão e temperatura. Assim, de modo geral, o aumento de temperatura e a redução de pressão favorecem o estado gasoso, e pode-se dizer que o inverso favorece ao estado sólido. As transformações de estado físico da matéria apresentam denominações características, como se pode ver abaixo:

a) FUSÃO: representa a passagem do estado sólido para o estado líquido. A temperatura na qual ocorre recebe o nome de Ponto de Fusão. Por exemplo, o derretimento de um cubo de gelo.

b) VAPORIZAÇÃO: representa a passagem do estado líquido para o estado gasoso. A temperatura na qual ocorre recebe o nome de Ponto de Ebulição. Uma vaporização pode ocorrer de três modos distintos:

  1. CALEFAÇÃO: passagem do estado líquido para o gasoso de modo muito rápido, quase instantâneo. Por exemplo, gotas de água sendo derramadas em uma chapa metálica aquecida.
  2. EBULIÇÃO: passagem do estado líquido para o estado gasoso por meio de aquecimento direto, envolvendo todo o líquido. Por exemplo, o aquecimento da água em uma panela ao fogão.
  3. EVAPORAÇÃO: passagem do estado líquido para o estado gasoso que envolve apenas a superfície do líquido. Por exemplo, a secagem de roupas em um varal.

c) LIQUEFAÇÃO ou CONDENSAÇÃO: representa a passagem do estado gasoso para o estado líquido. Por exemplo, a umidade externa de um frasco metálico ao ser exposto a uma temperatura relativamente elevada.

d) SOLIDIFICAÇÃO: representa a passagem do estado líquido para o estado sólido. Por exemplo, o congelamento da água em uma forma de gelo levada ao refrigerador.

e) SUBLIMAÇÃO: representa a passagem do estado sólido para o estado gasoso ou o processo inverso, sem passagem pelo estado líquido. Por exemplo, a sublimação do gás carbônico sólido, conhecido por gelo seco, em exposição à temperatura ambiente.

Referências:
FELTRE, Ricardo, Química Geral, Vol. I, Ed. Moderna, 6° Ed., São Paulo/SP, 2004.
Ilustração: http://www.profjoaoneto.com/quimicag/estadex.htm

Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/fisico-quimica/mudancas-de-estado-fisico/

Exercícios e questões de vestibulares

Questão 01: (UFPR 2009)

A água pode ser encontrada na natureza nos estados sólido, líquido ou gasoso. Conforme as condições, a água pode passar de um estado para outro através de processos que recebem nomes específicos. Um desses casos é quando ela muda do estado gasoso para o líquido. Assinale a alternativa que apresenta o nome correto dessa transformação.

A)

Sublimação.

B)

Vaporização.

C)

Solidificação.

D)

Condensação.

E)

Fusão.

Arquivado em: Físico-química

As substâncias podem ser encontradas na natureza em três estados físicos, são eles: sólido, líquido e gasoso. Eles também podem ser chamados de fases da matéria ou estados de agregação da matéria. A diferença entre os três estados está relacionada com as características moleculares das substâncias.

No estado sólido, os átomos ou moléculas que constituem uma substância encontram-se bem unidos em virtude da existência de forças elétricas intensas agindo sobre eles. Além disso, os átomos que formam essas substâncias possuem uma estrutura cristalina de forma bastante regular, e essa estrutura repete-se. A energia das moléculas é baixa e elas mantêm-se praticamente em repouso.

Os líquidos, por sua vez, apresentam forças de ligação menos intensas do que os sólidos, o que faz com que as moléculas fiquem mais afastadas umas das outras e movimentem-se mais livremente, portanto elas possuem maior energia. Isso explica porque a matéria no estado líquido pode escoar e ocupar o volume do recipiente que a contém.

No estado gasoso, praticamente inexiste força de ligação entre os átomos, que ficam separados uns dos outros por distâncias bem superiores às dos sólidos e líquidos. Os gases também possuem muito mais energia e movimentam-se desordenadamente, podendo ser facilmente comprimidos. Além disso, assumem a forma e volume do recipiente em que são colocados.

Mudanças de fases

Para que ocorram mudanças de fases da matéria, é necessário ceder ou retirar calor de um corpo. O calor é a energia térmica que determina o grau de agitação das moléculas. Ao ser alterado, ele pode causar mudanças no arranjo molecular das substâncias, causando as mudanças de fase. Os nomes dados às mudanças de fase dependem dos estados inicial e final das substâncias.

Observando essas características, as mudanças de fase são as seguintes:

  • Fusão: passagem do estado sólido para o líquido ( Ex.: transformação do gelo em água). Ela ocorre quando a substância sólida recebe energia térmica (calor), aumentando sua agitação molecular e vencendo as fortes interações atômicas, ou moleculares, existentes no estado sólido.

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  • Solidificação: mudança do estado líquido para o sólido (Ex.: congelamento da água). Para que ocorra a solidificação, a substância deve perder energia, o que faz com que as vibrações moleculares diminuam e fiquem mais unidas.

    Veja o diagrama a seguir que demonstra a fusão e a solidificação:

Como a temperatura e a pressão interferem na mudança de estado físico da matéria?

Diagrama demonstrando a fusão e a solidificação

  • Vaporização: ocorre quando uma substância no estado líquido é aquecida. A energia recebida causa aumento na agitação molecular e as moléculas separam-se umas das outras, passando para o estado gasoso.

  • Condensação: passagem do estado gasoso para o líquido. É a forma como ocorrem as chuvas. A água que evapora na superfície da Terra chega a grandes altitudes e, quando entra em contato com ar frio na atmosfera, volta ao estado líquido.

    O diagrama a seguir demonstra como ocorrem essas mudanças de fase:

Como a temperatura e a pressão interferem na mudança de estado físico da matéria?

Diagrama demonstrando a vaporização e a condensação

  • Sublimação: consiste na passagem do estado sólido para o gasoso diretamente, sem antes passar pelo estado líquido. Esse fenômeno explica porque a naftalina “some”, produzindo o vapor tóxico utilizado para espantar pequenos insetos, como as baratas. O que ocorre, na verdade, é a sublimação, ou seja, a transformação direta em gás.

  • Cristalização: mudança do estado gasoso para o sólido, também sem antes passar por líquido.

Como a temperatura e a pressão interferem na mudança de estado físico da matéria?

Diagrama demonstrando a sublimação e a cristalização

Neste texto, consideramos apenas a temperatura nas mudanças de fases e a pressão constante. Entretanto, a pressão também influencia as mudanças de fases das substâncias, uma vez que, quanto maior a pressão, mais unidas ficam as moléculas, o que dificulta mudanças na estrutura molecular ou na movimentação dos átomos que as constituem, dificultando também as mudanças de fases.

Como a temperatura e a pressão interferem na mudança de estado físico da matéria?

A temperatura e a pressão atuam de formas contrárias, enquanto o aumento da temperatura faz com que as moléculas afastem-se, o aumento da pressão faz com que elas fiquem mais próximas umas das outras. Um exemplo é a solubilidade do gás dióxido de carbono usado nos refrigerantes.

Como a temperatura interfere na mudança de estado físico?

As moléculas de água a -1 °C encontram-se em estado sólido e a 0 °C ocorre a mudança (ponto de fusão) de gelo a 0 °C para água a 0 °C. Quando atinge a temperatura de 100 °C, realiza uma nova mudança de estado (vaporização), passando do estado líquido para o gasoso.

Quais os fatores que interferem na mudança do estado físico da matéria?

Os fatores que interferem no estado físico da matéria podem ser a temperatura, pressão, volume ou concentração, sendo que todos os aspectos citados podem sofre interferência, como por exemplo a água no estado líquido delongar a adentrar em ebulição devido a pressão elevada.

Como a pressão pode interferir na temperatura?

Assim, quanto maior é a temperatura, menor é a pressão; e quanto maior é a pressão, menor é a temperatura. Isso ocorre porque, sob baixas temperaturas, o ar fica mais pesado e comprime o ar que está por baixo, elevando, assim, a pressão atmosférica.