O que importa'?
'Matéria' é tudo que ocupa espaço (tem volume) e tem massa. Compõe tudo no universo de alguma forma; é tudo no universo. Constitui o nosso planeta e todo o universo.
Na Terra, toda matéria existe em um dos três estados diferentes: sólido, líquido ou gasoso.
Você sabia que os humanos são feitos dos três principais estados da matéria?
O estado em que uma substância existe à temperatura ambiente é denominado estado padrão. Por exemplo, à temperatura ambiente a água existe na forma líquida. Algumas substâncias existem como gases à temperatura ambiente (oxigênio e dióxido de carbono), enquanto outras, como a água, existem como líquidos. A maioria dos metais existe como sólidos à temperatura ambiente. Mercúrio tem as propriedades interessantes de ser um metal e um líquido em seu estado padrão.
Cada um desses estados é composto de minúsculas partículas. O estado da matéria depende do número de partículas que a compõem.
Sólido
Algo geralmente é descrito como sólido se consegue manter sua própria forma e é difícil de comprimir. Por exemplo, a água na forma sólida é gelo. Em um sólido, as moléculas estão intimamente compactadas e têm uma alta densidade.
Líquido
Um líquido como a água pode fluir ou correr, mas não pode ser esticado ou espremido. Nos líquidos, as moléculas estão particularmente próximas umas das outras, mas não tão próximas quanto a matéria sólida; as moléculas têm a capacidade de se mover e deslizar umas pelas outras. Uma matéria líquida não tem forma própria; ela assumirá a forma do recipiente que a contém. Exemplos de líquidos são água, leite, suco, gasolina, limonada, etc.
Gás
O gás pode fluir, expandir e ser comprimido. A água na forma gasosa é vapor. Se estiver em um recipiente não lacrado, ele escapa. Nos gases, as moléculas estão muito mais espalhadas do que nos sólidos ou líquidos e colidem aleatoriamente umas com as outras. Um gás encherá qualquer recipiente, mas se o recipiente não estiver selado, o gás escapará. O gás pode ser comprimido muito mais facilmente do que o líquido ou o sólido.
Mudando os estados da matéria
A matéria pode existir no estado sólido, líquido ou gasoso, e o estado em que uma substância se encontra pode ser amplamente determinado pela sua temperatura. Cada substância tem um limite de temperatura único, após o qual muda de estado. Depois que esse limite de temperatura for ultrapassado, a substância mudará de fase, alterando assim o estado da matéria. Sob condições de pressão constante, a temperatura é o principal determinante da fase de uma substância.
Dependendo da sua temperatura, a matéria pode mudar de estado. Derretimento, congelamento, ebulição, evaporação, condensação, sublimação e deposição são formas pelas quais um material muda de estado.
Em baixas temperaturas, o movimento molecular diminui e as substâncias têm menos energia interna. As moléculas se estabelecerão em estados de baixa energia umas em relação às outras e se moverão muito pouco, o que é característico da matéria sólida. À medida que a temperatura aumenta, energia térmica adicional é aplicada às partes constituintes de um sólido, o que causa movimento molecular adicional. As moléculas começam a se empurrar umas contra as outras e o volume total de uma substância aumenta. Neste ponto, a matéria entrou no estado líquido. Existe um estado gasoso quando as moléculas absorveram tanta energia térmica devido ao aumento da temperatura que ficam livres para se moverem umas em torno das outras em altas velocidades.
Se a pressão for constante, o estado de uma substância dependerá inteiramente da temperatura a que está exposta. Por esse motivo, o gelo derrete se for retirado do freezer e a água ferve na panela se for deixada em temperatura muito alta por muito tempo. A temperatura é apenas uma medida da quantidade de energia térmica presente no ambiente. Quando uma substância é colocada em um ambiente com temperatura diferente, o calor é trocado entre a substância e o ambiente, fazendo com que ambos atinjam uma temperatura de equilíbrio. Assim, quando um cubo de gelo é exposto ao calor, as suas moléculas de água absorvem a energia térmica da atmosfera circundante e começam a mover-se com mais energia, fazendo com que a água gelada derreta em água líquida.
A fusão é o processo de transformação de um sólido em líquido. Quando um sólido é aquecido, as partículas recebem mais energia e começam a vibrar mais rápido. A uma certa temperatura, as partículas vibram tanto que a sua estrutura ordenada se desfaz. Neste ponto, o sólido se transforma em líquido. A temperatura na qual ocorre essa mudança de sólido para líquido é chamada de ponto de fusão. Cada sólido tem um ponto de fusão definido à pressão normal do ar. A uma pressão de ar mais baixa, como no topo de uma montanha, o ponto de fusão diminui.
A evaporação é o processo de transformação de um líquido em gás. Se você deixar um pouco de água em um recipiente de boca larga, notará que parte da água desaparecerá depois de algum tempo. A água líquida se transforma em gás (vapores de água) – isso é evaporação. Ocorre quando um líquido se transforma em gás muito abaixo do seu ponto de ebulição. Sempre há algumas partículas em um líquido que têm energia suficiente para se libertarem do resto e se tornarem um gás.
A condensação é o processo de transformação de um gás em líquido. Por exemplo, os vapores de água no ar esfriam e se transformam em pequenas gotas de água líquida (orvalho) nas folhas e janelas pela manhã, após uma noite fria. Objetos mais frios geralmente absorvem energia de objetos mais quentes.
Congelamento é o processo de transformação de um líquido em sólido. É o oposto de derreter. Por exemplo, lava é rocha líquida, que entra em erupção através de um vulcão a temperaturas tão altas quanto 1.500 O C (2.732 O F) através de um vulcão. No entanto, a lava incandescente esfria ao encontrar a superfície da Terra e se transforma novamente em rocha sólida.
Ebulição – Quando um líquido é aquecido, as partículas recebem mais energia. Eles começam a se mover mais rápido e mais distantes. A uma certa temperatura, as partículas se libertam umas das outras e o líquido transforma-se em gás. Este é o ponto de ebulição. O ponto de ebulição de uma substância é sempre o mesmo; isso não varia. Por exemplo, a água ferve quando atinge o ponto de ebulição de 100ºC (212ºF). Esta é a temperatura na qual a água se transforma em vapor. O vapor é um gás invisível. Quando chega à tampa, ele esfria novamente e se transforma em líquido.
Sublimação é a conversão de um sólido em gás sem que ele se torne líquido. O exemplo mais fácil de sublimação pode ser o gelo seco. O gelo seco é dióxido de carbono sólido (CO2). Surpreendentemente, quando você deixa gelo seco em uma sala, ele simplesmente se transforma em gás sem se tornar líquido. Você já ouviu falar em dióxido de carbono líquido? Pode ser feito, mas não em situações normais. O carvão é outro exemplo de composto que não derrete em pressões atmosféricas normais. Sublimará em temperaturas muito altas.
A deposição é a conversão de um gás em um sólido. Ocorre quando um gás se torna sólido sem passar pelo estado líquido da matéria. Mais perto dos pólos pode-se ver geadas nas manhãs de inverno. Esses pequenos cristais de gelo nas plantas se acumulam quando o vapor de água do ar se solidifica nas folhas das plantas.
Mudanças Químicas versus Mudanças Físicas
É importante entender a diferença entre mudanças químicas e físicas. As mudanças físicas geralmente dizem respeito ao estado físico da matéria, e as mudanças químicas acontecem quando as ligações moleculares são quebradas ou criadas durante uma reação química. As mudanças químicas ocorrem em nível molecular.
Nenhuma alteração nas moléculas
Esticar um elástico, encher um balão com ar ou esmagar uma lata são exemplos de mudanças físicas. Estas são alterações apenas na forma dos itens. Não há mudanças no estado da matéria porque a energia no nível molecular não mudou. Numa mudança física, não ocorre nenhuma mudança nas moléculas, as moléculas ainda são as mesmas, sem novas ligações químicas criadas ou quebradas.
Da mesma forma, derreter cubos de gelo, ferver água ou congelar água líquida são mudanças físicas que adicionam energia. Mudanças na fase ou estado da matéria, ou seja, sólido para líquido, líquido para gás, líquido para sólido, são todas mudanças físicas. Ações físicas, como mudança de temperatura ou pressão, podem causar mudanças físicas. Por exemplo, no derretimento do gelo ou no congelamento da água líquida, nenhuma alteração química ocorre, as moléculas de água ainda são moléculas de água.
Mudando as moléculas
As mudanças químicas acontecem em uma escala muito menor. Embora alguns experimentos mostrem alterações químicas óbvias, como uma mudança de cor, a maioria das alterações químicas não são visíveis. A mudança química à medida que o peróxido de hidrogênio (H2O2) se transforma em água não pode ser vista, pois ambos os líquidos são límpidos. Contudo, nos bastidores, milhares de milhões de ligações químicas estão a ser criadas e destruídas. Quando o peróxido de hidrogênio se transforma em água, podem-se ver bolhas de gás oxigênio (O2). Essas bolhas são evidências de mudanças químicas.
Derreter um cubo de açúcar é uma mudança física porque a substância ainda é açúcar. Queimar um cubo de açúcar é uma mudança química. O fogo ativa uma reação química entre o açúcar e o oxigênio. O oxigênio do ar reage com o açúcar e as ligações químicas são quebradas.
Quando o ferro é exposto ao gás oxigênio do ar, o ferro enferruja. Este processo pode ser visto durante um longo período de tempo. As moléculas mudam sua estrutura à medida que o ferro é oxidado, tornando-se eventualmente óxido de ferro. Canos enferrujados em edifícios abandonados são exemplos reais do processo de oxidação.
A mudança pode ser reversível ou irreversível
Uma mudança reversível é uma mudança que pode ser alterada novamente. Por exemplo, se um cubo de gelo derreter, ele se tornará água, mas podemos congelá-lo novamente para se tornar um cubo de gelo e retornar ao seu estado original. O derretimento e o aquecimento são exemplos de mudanças reversíveis.
Uma mudança irreversível é uma mudança que não pode ser alterada novamente. Por exemplo, se uma mistura para bolo for assada, ela se tornará um bolo e não podemos transformá-la novamente em uma mistura. A mudança é irreversível porque ocorreu uma reação química. Queimar ou misturar um líquido com bicarbonato de sódio é um exemplo de alterações irreversíveis.
Um rápido resumo de determinados termos e mudanças de fase relacionadas:
Fusão/derretimento – Sólido para líquido
Congelamento – líquido a sólido
Vaporização/fervura – Líquido para gás
Condensação – Gás em líquido
Sublimação – Sólido a gasoso
Deposição – Gás para um sólido
