MATÉRIA E SUAS PROPRIEDADES

Mudanças de estado físico da matéria

A influência de fatores externos, como pressão e temperatura faz com que a matéria se apresente ora em um, ora em outro estado físico.
Se você resfriar a água contida em um recipiente ela pode transformar-se em gelo, por outro lado, se a aquecer, pode se transformar em vapor.
As mudanças de um estado físico para outro recebem denominações específicas:

Nos fenômenos de fusão, vaporização e sublimação de uma substância sempre há recebimento de calor, isto é, aumento da temperatura, e ou diminuição da pressão. Na solidificação, condensação e ressublimação sempre há perda de calor, isto é, diminuição da temperatura, e ou aumento da pressão.

A vaporização, conforme a maneira de se processar recebe denominação particular: evaporação, ebulição e calefação.

As nuvens são formadas de minúsculas gotas de água, no estado de vapor. A formação das nuvens é muito lenta e é conseqüência da transformação da água líquida da superfície dos rios, lagos, oceanos em vapor de água. Essa mudança do estado líquido para o estado de vapor que se processa lenta e espontaneamente, independente da temperatura, e só acontece na superfície do líquido denomina-se evaporação. A evaporação aumenta: pela ação do vento, da superfície de contato com o ambiente e pelo aumento de temperatura.

Nos locais onde não existe estação de tratamento de água, podemos ferver a água para eliminar bactérias. Para isso precisamos fornecer calor a água e esta passa do estado líquido para o estado de vapor. Essa mudança do estado líquido para o estado de vapor de forma não espontânea, tumultuada e com formação de bolhas denomina-se ebulição. A ebulição acontece em todo o líquido.

Se borrifarmos água líquida em uma panela ou em uma chapa de alumínio bem aquecida, a água passará imediatamente para o estado de vapor. A mudança do estado líquido para o gasoso rapidamente e a uma temperatura superior a do ponto de ebulição do líquido denomina-se calefação.

Água borrifada sobre uma chapa ou sobre uma panela de alumínio, aquecida a uma temperatura maior que 1000C.



Identificando e diferenciando as espécies de matéria

Desde a antigüidade o homem utilizava materiais transformando-o em objetos. As escavações realizadas em várias partes da terra mostram utensílios domésticos, ferramentas, colares e outros objetos feitos de pedra, argila, ouro, prata e cobre. O homem da antigüidade fazia essas transformações usando técnicas rudimentares. Até o século XVIII, os metais conhecidos eram o ouro, prata, cobre, ferro, estanho, zinco e chumbo. Isto porque a tecnologia para obtê-los era muito rudimentar e, portanto, eram os únicos disponíveis para a fabricação de ornamentos, utensílios e ferramentas.

Foi só com o desenvolvimento tecnológico que outros metais foram extraídos e isolados. O alumínio, que é abundante na natureza e mais barato que muitos outros metais como o ouro, a prata e o cobre, só foi utilizado para produção de objetos no fim do século XIX porque sua separação do minério chamado bauxita era muito difícil. Essa extração requer a fusão do minério e a extração do alumínio usando a corrente elétrica, numa operação conhecida como eletrólise ígnea.

A influência do desenvolvimento tecnológico é decisiva na utilização de um material para produção de objetos.

Você já notou que para produzir calçados usa-se couro, napa, tecido, plástico e por que não se usa ferro, chumbo e outros metais ? Para produção de utensílios domésticos, como pratos, panelas, canecas usa-se porcelana, ferro, alumínio, vidro, plástico e não se usa tecido, couro, napa, papel ?

Pode-se perceber que a utilização de um determinado material na produção de objetos depende do estado físico do material e das propriedades características deste, sendo essas chamadas propriedades específicas.

Se você observar os objetos do cotidiano, como por exemplo uma mesa, perceberá que esta pode ser constituída de ferro, madeira, fórmica, granito, mármore.

Um copo pode ser constituído de alumínio,vidro, plástico.

O ferro, alumínio, são diferentes espécies da matéria e são chamadas de substâncias químicas.
As diferentes espécies de matéria possuem propriedades que as identificam e diferenciam: são as propriedades específicas da matéria.

* Ponto de Fusão (P.F.): Se você aquecer um certa quantidade de um sólido, depois de um certo tempo você perceberá que este começa a se transformar em líquido, e durante toda a fusão a temperatura permanecerá constante. Esta temperatura na qual uma determinada espécie de matéria passa do estado sólido para o estado líquido, sob determinada pressão, recebe o nome de Ponto de Fusão.

* Ponto de Ebulição (P.E.): temperatura na qual uma determinada espécie de matéria passa do estado líquido para o gasoso, sob determinada pressão.
Analisando-se o ponto de fusão(P.F.) e o ponto de ebulição(P.E) das substâncias químicas, pode-se saber as faixas de temperatura nas quais certas espécies de matéria se encontram, no ambiente, no estado sólido, líquido ou gasoso.

Graus Celsius é escala de medida de temperatura usada em alguns países, como no Brasil. Existem várias escalas termométricas e as mais usadas são: a Escala Kelvin ou Absoluta usada em trabalhos científicos, a Escala Fahrenheit usada em outros países como os Estados Unidos da América .Pode-se estabelecer uma relação que permita converter uma temperatura medida na escala Celsius em Fahrenheit ou Kevin e vice -versa. Por exemplo, a febre de uma pessoa, lida na escala Celsius, é de 40oC; lida na escala Fahrenheit é de 104o F e lida na escala Kelvin é de 313 K.

Quando estamos assistindo uma corrida de fórmula Indy, ouvimos dizer, está muito calor, a temperatura é de 95oF, isto significa que a temperatura lida na escala Celsius seria de 35oC e na escala Kelvin 308K.

Se você separar alguns materiais do ambiente, como um limão, uma moeda, uma rolha, uma tampinha de cerveja, um pedacinho de madeira e colocá-los em um recipiente contendo água, notará que alguns afundarão e outros flutuarão na água: isto ocorrerá em função de uma outra característica de cada substância que é denominada densidade.

Do que depende a densidade de um corpo ?

A densidade de um corpo depende da quantidade de massa e do volume ocupado por este.
Se você comparar 1 kg de chumbo e 1kg de algodão, apesar das massas serem iguais, perceberá que o volume ocupado pelo algodão é muito maior porque a densidade do algodão é muito menor.
A densidade de um corpo é a relação entre a massa (m) e o volume (V) ocupado pelo corpo.

d = m/V

A massa das substâncias geralmente é medida em gramas e o volume em cm3.

Para uma substância, em diferentes estados físicos e com massas iguais, o estado sólido é em geral mais denso que o líquido e este mais denso que o gasoso. Isso acontece porque do estado sólido para o estado gasoso as forças de atração entre as partículas que formam a substância diminuem, consequentemente, o volume aumenta e a densidade diminui.

Conclusão maior volume, para uma mesma massa de um mesmo material, densidade menor.

O que é mais leve (menos denso), o ar quente ou o ar frio?

Realize a experiência

Amarre um saco de papel em cada extremidade de uma vareta. Suspenda a vareta através de um fio. Aqueça um dos sacos com uma vela. O equilíbrio se alterou, porque o ar contido no interior do saco que foi aquecido, se dilata, o volume aumenta e a densidade diminui.

Conclusão: O ar quente é mais leve que o ar frio.

O que é necessário para que um corpo flutue na água?

Para que um corpo flutue na água é necessário que a relação entre sua massa e o volume ocupado pelo corpo, isto é, sua densidade, seja menor que 1g/ cm3, que é a densidade da água no estado líquido.
Conclusão: Os materiais que flutuam na água são menos densos que a água e os que afundam são mais densos.


Se colocarmos um prego em água, este afundará, mas como um navio feito de ferro, flutua na água ?

Isto ocorre porque a densidade do prego é maior que a da água e que a do navio. O navio tem grande volume, mas a maior parte deste volume é ocupado pelo ar, cuja massa é muito pequena, por isso a densidade do navio é menor que a do prego. Se substituirmos o espaço ocupado pelo ar por água, o navio afundará, porque a massa aumentará e ficara mais denso que a água.

A água exerce uma força vertical de baixo para cima sobre o navio que é chamada de empuxo.

* Empuxo: Todo corpo imerso total ou parcialmente em um líquido, recebe uma força vertical, de baixo para cima, igual ao peso da porção de líquido deslocada pelo corpo.


Realize a experiência

Mergulhe um ovo cozido em um copo com água, o ovo ficará no fundo do copo. Em seguida acrescente sal de cozinha até saturar a solução, o ovo flutuará.

Avançado

Hoje já se sabe que a matéria pode se encontrar em 7 estados físicos (alguns dependem de condições especiais e outros são previstos no campo teórico), que são:

1: Sólido: No estado sólido considera-se que a matéria do corpo mantém a forma macroscópica e a posição relativa de sua partícula. Diz-se que a força de atração entre as moléculas é maior que a força de repulção. Seu estudo está mais relacionado a áreas de estática e dinâmica.

2: Líquido: No estado líquido, o corpo mantém a quantidade de matéria e aproximadamente o mesmovolume; a forma e posição relativa da partículas não se mantém. Isto porque a força de atração e repulção entreas moléculas são equivalentes. Tanto a hidrostática e como a hidrodinâmica são áreas que mais detem seu foco de esudo.

3: Gasoso: No estado gasoso, o corpo mantém apenas a quantidade de matéria, podendo variar amplamente a forma e o volume. A força de repulção predomina sobre a atração. As áreas de estudo das mesmas se centralizam na aerostática e na aerodinâmica.


4: Plasmático: O Plasma é um gás ionizado em condições especiais de temperatura e pressão. Um dos modos da matéria atingir o estado plasmático é pelo aquecimento. Tomemos a água como exemplo. O gelo representa seu estado sólido. Se aquecermos o gelo, ele irá derreter e passará a ser líquido, isto é, para o segundo estado da matéria. Se aquecermos ainda mais, o líquido evaporará e assim irá para o terceiro estado fundamental, o gasoso. Agora, se adicionarmos mais calor e o submetermos a uma alta pressão, esse gás se ionizará, ou seja, seus átomos se tornarão instáveis o que ocasionará a liberação de elétrons. O resultado disso, é que o plasma se diferencia dos gases em diversos aspectos. Um deles é a sua alta condutividade elétrica que pode ser observada nos raios durante uma tempestade na atmosfera da Terra, produzindo descargas superiores a cem milhões de volts. Esses raios são plasma, assim como as chamas do fogo, a aurora boreal e os fenômenos atmosféricos dos fogos fátuos (bolas incandescentes que são liberadas do solo durante tempestades). Neste estado há uma certa "pastosidade" da substância, que permite uma maior e melhor resposta quando recebe informações decodificadas pelos feixes de luz emitidos pelos componentes da TV, daí as TVs de cristal líquido, ou denominadas de "TVs de Plasma".

Aqui estão diversos exemplos desse estado como o fogo - o mais comum exemplo de plasma- assim como os relampagos, a aurora boreal e etc.

5: Condensado de Bose-Einstein: O O condensado de Bose-Einstein é uma coleção de milhares de partículas ultra-frias ocupando um único estado quântico, ou seja, todos os átomos se comportam como um único e gigantesco átomo e é obtido quando a temperatura chega a ser tão baixa que as moléculas entram em colapso. Essa fase da matéria é formada por bosões (uma classe formada por partículas que são essencialmente gregárias: ao invés de se moverem sozinhas, elas adotam o movimento de suas vizinhas) a uma temperatura muito próxima do zero absoluto. Nestas condições, uma grande fração de átomos atinge o mais baixo estado quântico, e nestas condições os efeitos quânticos podem ser observados à escala macroscópica.

As cores artificiais representam o número de átomos em cada velocidade, indicando o vermelho menos átomos e o branco mais átomos. As áreas em que aparecem branco e azul claro são velocidades menores. Esquerda: Logo antes do aparecimento do condensado de Bose-Einstein. Centro: No instante do aparecimento do condensado. Direita: após a rápida evaporação, deixando amostras puras do condensado. O pico não é infinitamente estreito devido ao Princípio da Incerteza de Heinsenberg: quando um átomo é retido numa região específica do espaço a sua distribuição de velocidade possui necessariamente uma certa largura mínima.


6: Condensado Fermiônico: O condensado fermiônico é formado por pares de átomos em um gás. Ao contrário dos bósons, os férmions - a outra metade da família de partículas e blocos básicos com os quais a matéria é construída - são essencialmente solitários. Por definição, nenhum férmion poderá estar exatamente no mesmo estado quântico que outro férmion. uma linha de pensamento teórico aponta que propõem que o condensado de Bose-Einstein e a supercondutividade seriam dois extremos de um mesmo comportamento superfluídico, um estado incomum no qual a matéria não apresenta resistência ao fluxo. um gás com 500.000 átomos de potássio foi resfriado até 50 bilionésimos de grau acima do zero absoluto e então submetido a um campo magnético. Esse campo magnético fez com que os férmions se juntassem em pares, de forma semelhante aos pares de elétrons que produzem a supercondutividade, o fenômeno no qual a eletricidade flui sem resistência.

7: Zero Absoluto: Antes que a mecânica quântica fosse desenvolvida como um modelo para explicar o comportamento das partículas atômicas e subatômicas, os cientistas acreditavam que todos os átomos parariam de se movimentar quando atingissem o zero absoluto. Entretanto, mesmo nessa temperatura, os átomos e as moléculas retêm o que é chamado de energia do ponto-zero, a menor energia possível que um sistema pode ter. A energia no vácuo do espaço é considerada uma forma de energia do ponto-zero. Também descrito como terra ou estado estacionário, o zero absoluto é considerado um estado estável do qual nenhuma energia pode ser removida, devido a elevada desordem.

Fonte: educar.sc.usp.br