Alterações de estado e energia estão envolvidas

Matéria é tudo que tem massa e ocupa espaço. Tudo o que vemos ao nosso redor é feito de matéria, e a matéria existe em diferentes formas chamadas estados. Os principais estados da matéria são sólido, líquido e gás. Existem também estados menos comuns, como o plasma e os condensados de Bose-Einstein, mas para simplificar, focaremos nos três primeiros. Compreender como a matéria muda de um estado para outro é fundamental na química. Nesta lição, exploraremos essas alterações de estado e a energia envolvida nesses processos.

Compreendendo os estados da matéria

Antes de discutirmos as mudanças de estado, vamos entender brevemente cada estado da matéria:

• Sólido: No estado sólido, a matéria tem forma e volume definidos. As partículas estão próximas umas das outras e vibram no lugar.
• Líquido: No estado líquido, a substância tem volume fixo, mas assume a forma do recipiente. As partículas estão menos compactadas do que nos sólidos e podem se mover entre si.
• Gás: No estado gasoso, a matéria não tem forma ou volume definidos. As partículas de gás estão afastadas umas das outras e se movem livremente.

Mudanças de estado

A mudança de estado refere-se à transformação da matéria de um estado para outro. Essas mudanças são físicas, ou seja, não há alteração na composição química da matéria.

Fusão - sólido para líquido

A fusão ocorre quando uma substância sólida se transforma em líquido. Isso acontece quando uma substância sólida absorve energia térmica suficiente para quebrar a estrutura rígida de suas partículas. Por exemplo, quando o gelo (água sólida) absorve calor, ele derrete e se torna água líquida.

        H 2 O (s) → H 2 O (l)
    

Congelamento do gelo - de líquido para sólido

O congelamento é a mudança de um líquido para um sólido. Isso ocorre quando o líquido perde energia térmica, e suas partículas desaceleram e formam uma estrutura rígida. Por exemplo, quando a água congela, ela se transforma em gelo.

        H 2 O (l) → H 2 O (s)
    

Evaporação - de líquido para gás

A vaporização ocorre quando um líquido se transforma em gás. Isso pode acontecer de duas maneiras: evaporação e ebulição. Na evaporação, apenas as partículas da superfície do líquido adquirem energia suficiente para se tornarem gás. Na ebulição, as partículas dentro do líquido adquirem energia suficiente.

        H 2 O (l) → H 2 O (g)
    

Considere a formação de vapor a partir da ebulição da água. À medida que o calor é aplicado, as partículas se movem mais rápido até escaparem para a fase gasosa.

Condensação - gás para líquido

A condensação ocorre quando um gás se transforma em líquido. Isso acontece quando o gás perde energia térmica e suas partículas se aproximam para se tornarem líquidas. Exemplos incluem vapor d'água se condensando em orvalho na grama.

        H 2 O (g) → H 2 O (l)
    

Sublimação - sólido para gás

A sublimação é o processo no qual uma substância sólida muda diretamente para um gás sem se tornar líquida. O gelo seco, que é dióxido de carbono sólido, é um exemplo comum. Ele sublima em temperaturas abaixo do ponto de congelamento.

        CO 2 (s) → CO 2 (g)
    

Deposição - sólido a partir de gás

A deposição é o inverso da sublimação. Aqui, o gás muda diretamente para um sólido. A formação de geada em superfícies frias é um exemplo disso, onde o vapor d'água se torna gelo sem se tornar água.

        H 2 O (g) → H 2 O (s)
    

Mudanças de energia envolvidas em uma mudança de estado

Cada mudança de estado envolve energia. A energia é absorvida ou liberada durante esses processos:

• Processos endotérmicos: Estas são mudanças em que a energia é absorvida do ambiente. Fusão, evaporação e sublimação são endotérmicas porque precisam de absorção de calor para superar as forças atrativas entre as partículas.
• Processos exotérmicos: Estas mudanças envolvem a liberação de energia no ambiente. Solidificação, condensação e deposição são processos exotérmicos porque liberam calor quando as partículas se aproximam umas das outras.

Exemplo visual de fusão

No exemplo acima, você pode ver um sólido (representado por um retângulo) absorvendo energia e se transformando em um líquido (representado por um círculo).

Papel da temperatura e pressão na mudança de fase

Mudanças de estado são afetadas pela temperatura e pressão. A temperatura mede a energia cinética das partículas. O aumento da temperatura geralmente fornece a energia necessária para mudanças como fusão e vaporização.

Por outro lado, a pressão pode afetar a interação das partículas. Por exemplo, aumentar a pressão sobre um gás pode levar à condensação, à medida que as partículas se aproximam umas das outras.

Exemplo visual de evaporação

Neste exemplo simples, à medida que o calor é adicionado, o líquido se transforma em gás, aumentando a energia das partículas até que elas escapem para o ar.

Exemplos e aplicações no mundo real

Culinária

A culinária envolve muitas mudanças. Ferver água envolve a mudança de um líquido para um gás. Congelar uma sobremesa envolve a mudança de líquido para sólido. A culinária mostra como a energia térmica muda o estado dos ingredientes, afetando a textura e o sabor.

Clima e ciclo da água

O ciclo da água exibe muitas mudanças de fase. A evaporação de oceanos, rios e lagos transforma a água de líquido para gás, formando nuvens (condensação). A chuva envolve a transição de gás para líquido. Neve e gelo representam estados sólidos formados por deposição ou congelamento.

Usos industriais

As indústrias também utilizam essas mudanças de estado. Por exemplo, a destilação é usada para purificar líquidos por meio de evaporação e condensação. A liofilização de alimentos envolve sublimação para remover a água, preservando melhor os alimentos.

Conclusão

As mudanças de estado são fundamentais e estão ao nosso redor. Desde eventos diários simples até processos industriais complexos, entender o movimento e a interação de partículas nesses estados avança nossa compreensão do mundo físico. Seja o derretimento do gelo em sua bebida ou a mistura de gases na atmosfera, mudanças na matéria e transformações de energia são constantes e essenciais para definir as propriedades da matéria.

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