Os estados físicos da matéria exercícios resolvidos ajudam a identificar como as partículas se organizam e se movimentam em sólidos, líquidos e gases, além de explicar transformações como fusão, evaporação e condensação. Para resolver questões do tema, é necessário relacionar propriedades visíveis, como forma e volume, ao comportamento microscópico das partículas e às trocas de energia.
O que são os estados físicos da matéria?
Toda matéria é formada por partículas, como átomos, moléculas ou íons. Essas partículas estão em movimento e sofrem forças de atração umas pelas outras. A intensidade dessas forças, a distância entre as partículas e a energia delas determinam o estado físico em que um material se encontra.
Os três estados mais estudados na educação básica são o sólido, o líquido e o gasoso. Uma mesma substância pode apresentar mais de um desses estados, dependendo principalmente da temperatura e da pressão. A água, por exemplo, pode estar na forma de gelo, água líquida ou vapor de água.
É importante distinguir estado físico de substância. O gelo e a água líquida são a mesma substância, H₂O, mas estão em estados físicos diferentes. Portanto, mudar de estado não significa, em geral, formar uma nova substância: trata-se de uma transformação física.
Ideia central: o aquecimento tende a aumentar a agitação das partículas, enquanto o resfriamento tende a diminuí-la. Isso pode provocar mudanças de estado físico.
Características dos estados físicos
No estado sólido, as partículas permanecem muito próximas e organizadas, com forte atração entre si. Elas não ficam completamente paradas: vibram em torno de posições definidas. Por isso, os sólidos têm forma e volume próprios, como uma pedra, um cubo de gelo ou uma barra de metal.
No estado líquido, as partículas continuam próximas, mas têm maior liberdade para deslizar umas sobre as outras. Assim, um líquido tem volume definido, porém não possui forma própria: ele assume a forma do recipiente que o contém. A água em um copo e o óleo em uma garrafa são exemplos.
No estado gasoso, as partículas ficam muito afastadas e se movem com grande liberdade. Os gases não têm forma nem volume próprios, ocupando todo o espaço disponível no recipiente. Além disso, são bastante compressíveis, isto é, seu volume pode diminuir quando sofrem pressão.
| Estado físico | Forma | Volume | Organização das partículas |
|---|---|---|---|
| Sólido | Definida | Definido | Muito próximas, com pequena mobilidade |
| Líquido | Variável | Definido | Próximas, com deslizamento |
| Gasoso | Variável | Variável | Afastadas, com grande mobilidade |
Em estudos mais avançados, também se aborda o plasma, estado presente em estrelas e em lâmpadas específicas, no qual há partículas eletricamente carregadas. Para a maior parte das questões escolares iniciais, porém, o foco está nos três estados clássicos.
Mudanças de estado físico
As mudanças de estado ocorrem quando uma substância recebe ou perde energia térmica, ou quando há alteração de pressão. Durante uma transformação física, a composição da substância permanece a mesma. Ao derreter, por exemplo, o gelo continua sendo água.
- Fusão: passagem do sólido para o líquido, como o derretimento do gelo.
- Solidificação: passagem do líquido para o sólido, como a formação de gelo no congelador.
- Vaporização: passagem do líquido para o gasoso. Pode ocorrer por evaporação, ebulição ou calefação.
- Condensação ou liquefação: passagem do gasoso para o líquido, como a formação de gotas em uma superfície fria.
- Sublimação: passagem direta do sólido para o gasoso, ou o processo inverso, sem etapa líquida.
A evaporação é lenta e ocorre na superfície do líquido, podendo acontecer a qualquer temperatura. A ebulição é rápida, ocorre em toda a massa do líquido e, a determinada pressão, acontece em uma temperatura característica. Já a calefação é uma vaporização muito rápida ao contato com uma superfície muito quente.
Em substâncias puras, sob pressão constante, a temperatura se mantém constante durante a fusão e a ebulição. O calor fornecido nesse intervalo é usado para alterar a organização das partículas, vencendo ou formando interações entre elas.
Como resolver questões sobre estados físicos
Antes de escolher uma alternativa, localize o que a questão deseja: identificar um estado físico, nomear uma transformação ou interpretar o comportamento das partículas. Em seguida, destaque palavras como “forma”, “volume”, “aquecimento”, “resfriamento”, “bolhas” e “superfície fria”. Elas costumam indicar o conceito necessário.
- Observe se há mudança de forma, de volume ou de ambos.
- Verifique se a matéria recebeu ou perdeu calor.
- Identifique o estado inicial e o estado final.
- Nomeie a transformação usando o sentido correto.
- Se houver gráfico de aquecimento, procure trechos horizontais, que podem indicar mudança de estado em substância pura.
Também vale evitar conclusões apenas pela aparência. O vapor de água é invisível; a “fumaça” branca observada perto de uma chaleira corresponde, principalmente, a pequenas gotas de água líquida formadas pela condensação do vapor ao encontrar o ar mais frio.
Exercícios resolvidos
1. Forma e volume
Um material é colocado em recipientes de formatos diferentes. Em todos eles, ocupa o mesmo volume, mas passa a apresentar o formato do recipiente. Qual é seu estado físico?
Resolução: trata-se de um líquido. O líquido possui volume definido, mas não tem forma própria. Suas partículas estão próximas, embora possam deslizar umas sobre as outras.
2. Derretimento do gelo
Um cubo de gelo deixado fora do congelador transforma-se em água líquida. Como se chama essa mudança e qual é a troca de energia envolvida?
Resolução: a mudança é a fusão, isto é, a passagem do sólido para o líquido. O gelo absorve energia térmica do ambiente, o que aumenta a mobilidade de suas moléculas até que a estrutura sólida seja desfeita.
3. Gotas na parte externa do copo
Um copo contendo bebida gelada fica com gotas de água em sua superfície externa. Essas gotas vieram de dentro do copo?
Resolução: não. O vapor de água existente no ar entra em contato com a superfície fria do copo, perde energia e passa ao estado líquido. O fenômeno é a condensação. A água externa, portanto, tem origem na umidade do ar.
4. Roupas secando no varal
Após algum tempo no varal, uma roupa molhada seca mesmo sem a água entrar em ebulição. Que transformação ocorreu?
Resolução: ocorreu evaporação, um tipo de vaporização lenta. As moléculas mais energéticas da água escapam da superfície do líquido e passam para o estado gasoso. Vento, temperatura mais alta e maior área exposta favorecem esse processo.
5. Seringa com ar
Ao pressionar o êmbolo de uma seringa fechada contendo ar, o volume do ar diminui. Qual propriedade explica esse fenômeno?
Resolução: a compressibilidade dos gases. Como as partículas gasosas estão relativamente afastadas, é possível reduzir o espaço entre elas ao aplicar pressão. Líquidos e sólidos apresentam compressibilidade muito menor nas condições usuais.
6. Sentido da transformação
Uma substância passa diretamente do estado gasoso para o sólido, sem se tornar líquida. Qual é o nome do processo?
Resolução: é a sublimação inversa, também chamada deposição ou ressublimação em alguns materiais didáticos. O ponto decisivo é a passagem direta entre gás e sólido, sem fase líquida intermediária.
Erros comuns nas questões
Um erro frequente é afirmar que o gás “não tem volume”. Na verdade, ele tem volume, mas esse volume é variável porque o gás se expande ou se contrai conforme o recipiente e as condições externas. Outro equívoco é dizer que partículas de um sólido não se movimentam; elas vibram continuamente.
Também é comum confundir evaporação com ebulição. Ambas são formas de vaporização, mas a evaporação acontece de modo gradual na superfície e pode ocorrer abaixo da temperatura de ebulição. A ebulição, por sua vez, é reconhecida pela formação de bolhas em toda a massa líquida.
Por fim, não se deve confundir neblina, nuvens e gotículas visíveis com vapor de água puro. Essas formações visíveis são constituídas principalmente por água líquida em pequenas gotas ou, em certas condições, cristais de gelo suspensos no ar.
Revisão essencial
Para revisar, associe sólido a forma e volume definidos; líquido a volume definido e forma variável; e gás a forma e volume variáveis. Lembre-se de que as diferenças resultam do grau de organização, da distância e da mobilidade das partículas.
Nas mudanças de estado, use este esquema: sólido para líquido é fusão; líquido para sólido é solidificação; líquido para gás é vaporização; gás para líquido é condensação; e a passagem direta entre sólido e gás é sublimação. Ao resolver exercícios, determine primeiro o estado inicial, o estado final e se houve ganho ou perda de energia térmica.
Ponto de revisão: estados físicos descrevem a organização da matéria, enquanto mudanças de estado são transformações físicas. A substância pode permanecer a mesma, embora suas propriedades de forma, volume e mobilidade sejam alteradas.
