Aula 06 Estados da materia - sólidos, líquidos e gases - Prof. Nelson Virgilio
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Aula do Curso de Quimica Geral e Experimental da Faculdade de Ciências e Tecnologia Area1 1o. semestre 2010 Prof. Nelson Virgílio de Carvalho Filho
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- 18. ... é a proximidade das partículas que a constitui. Essa característica obedece a fatores como: Força de Atração: as moléculas se aproximem umas das outras. Força de Repulsão: as moléculas se afastem umas das outras. Mudanças de Fase O que é que determina o estado físico da matéria?
- 19. Adição de energia Outros estados físicos da matéria
- 21. Liberação de energia Outros estados físicos da matéria
- 22. ... e tem mais ?
- 24. VAPORIZAÇÃO CONDENSAÇÃO FUSÃO CONGELAMENTO SUBLIMAÇÃO DEPOSIÇÃO Mudanças de Fase PROCESSO CALOR ABSORVIDO FUSÃO 80 cal/g VAPORIZAÇÃO 600 cal/g SUBLIMAÇÃO 680 cal/g PROCESSO CALOR LIBERADO CONDENSAÇÃO 600 cal/g CONGELAMENTO 80 cal/g DEPOSIÇÃO 680 cal/g
- 25. Mudanças de Fase
- 28. Mudanças de Fase
- 30. No aquecimento ou no resfriamento de substâncias puras, a temperatura permanece constante enquanto a mudança de estado físico estiver ocorrendo Curva de aquecimento (Simulação)
- 32. Temperatura e pressão críticas Mudanças de Fase
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Notas do Editor
- SLIDE 7 - PROPRIEDAES DA MATÉRIA – ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA: AS MUDANÇAS DE ESTADO As mudanças de estado são transformações físicas que ocorrem nas substâncias, motivadas, por exemplo, por um aumento ou diminuição de temperatura ou de pressão, levando a uma alteração no estado de agregação das partículas. Você já ouviu falar do PLASMA ?
- SLIDE 8 - PROPRIEDAES DA MATÉRIA – PLASMA – 4º ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA: PLASMA: Para quem não conhece, o plasma se caracteriza pela presença de íons superaquecidos que constituem o chamado gás ionizado, uma forma diferente do estado gasoso. Cientistas o batizaram de quarto estado físico da matéria. Na composição das estrelas, do cosmo, podemos encontrar matéria nesse estado. Não é preciso ir ao espaço para ver de perto, podemos encontrar substâncias no estado físico de plasma em nossa própria casa, um exemplo é o material presente no interior das lâmpadas fluorescentes (lâmpadas de Tungstênio). Fonte: http://www.mundoeducacao.com.br/quimica/o-fogo-possui-estado-fisico.htm PLASMA: O 4º ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA Podemos dizer que o estado físico da matéria está diretamente relacionado à temperatura e à pressão em que está submentido. O que ocorre com um material que já está no estado gasoso aprisionado em um recipiente e continuar a receber energia? - Sua temperatura aumentará cada vez mais, até o ponto onde mudará novamente de estado físico, assumindo assim a forma de PLASMA - o 4º estado da matéria. Neste estado a temperaturas superiores a temperatura de ebulição, o movimento dos átomos do gás torna-se cada vez mais enérgico e frequente, provocando choques cada vez mais fortes entre eles. Como resultado destes choques, os elétrons começam a se separar tornando-se íons, portanto o plasma consiste em uma coleção de íons positivos, elétrons e átomos neutros coexistindo em proporções variadas. Apesar dos átomos estarem separados como íons, o plasma é um sistema neutro. Por exemplo para se obter o plasma d'água, basta aumentar a energia cinética das moléculas aprisionadas dentro de um tubo de vidro em baixa pressão, para isto pode-se recorrer a um forno de microondas cuja freqüência é determinada para excitar moléculas de água, aumentado a temperatura do vapor d'água até o ponto em que ocorre a formação de "plasma d'água". Neste estado observa-se que o tubo de vidro passa a emitir luz em tons de azul, típica do plasma de água. As propriedades do plasma são muito diferentes dos gases, devido a interação destas cargas. Por exemplo; o plasma conduz corrente elétrica, enquanto os gases não conduzem. Justamente, devido à energia cinética das partículas que constituem o plasma, representando mais de 90% da matéria visível do Universo. O sol e qualquer outra estrela, que constituem a maior parte da massa do cosmos, são formados por plasma, onde a temperatura chega a várias dezenas de milhões de graus. Em todos os lugares onde a matéria está extraordinariamente quente, ela encontra-se no estado plásmico. A energia que chega aos nossos olhos em forma de luz é resultado das fusão entre as partículas que ocorrem continuamente nestes corpos celestes. O plasma também está presente no espaço interestrelar e nas proximidades dos campos magnéticos que rodeiam os planetas. Enfim, tudo que nós vemos nos céus é plasma. Como resultado da ação de campos elétricos, o plasma também se forma, discretamente, nas lâmpadas de néon ou de sódio, constituídas por gases ionizados. Porém, o estado plásmico de uma substância gasosa pode surgir a temperaturas relativamente baixas de acordo com a composição do gás. A chama de uma vela e a luminescência de uma lâmpada fluorescente são alguns exemplos. Aplicações tecnológicas do plasma inclui: retificadores de mercúrio, chaves a arco para transmissão e controle de eletricidade. Lâmpadas fluorescentes, fontes intensas de luz de plasma excitado por microondas e telas planas a plasma são ainda outras aplicações de descargas em gás. Fonte: http://www.medio.com.br/index.php?option=com_content&task=view&id=440&Itemid=100
- SLIDE - PROPRIEDAES DA MATÉRIA – ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA: QUINTO ESTADO – Não existe na natureza
- SLIDE 9 - PROPRIEDADES DA MATÉRIA – ... E TEM MAIS? Em 1995, físicos da Universidade do Colorado, nos Estados Unidos (EUA) *, concentraram e congelaram um conjunto de 2 mil átomos de rubídio a uma temperatura de apenas 170 bilionésimos de grau acima do zero absoluto (273 graus Celsius negativos). Com isso, pela primeira vez construíram um condensado de Bose-Einstein – uma minúscula porção de matéria cujas partículas se comportam de maneira extremamente organizada, vibrando com a mesma energia e a mesma direção, como se constituíssem um único superátomo. Esse é o quinto estado da matéria , previsto pelo físico alemão Albert Einstein e pelo matemático indiano Satyendra Nath Bose , em 1924. Somente no quinto estado a organização chega ao extremo. Nele, todas as partículas movem-se coordenadamente, na mesma direção e em velocidade idêntica. Até o feito dos cientistas norte-americanos, somente se conhecia tal organização na luz. No raio laser, todos os raios luminosos alinham-se perfeitamente. Agora os pesquisadores acreditam que com o condensado de Bose-Einstein será possível construir um laser de matéria. Ondas de matéria fluindo com a mesma energia e na mesma direção constituem um instrumento valioso para o estudo das partículas atômicas. (*) Por seus trabalhos, Wolfgang Ketterle, Eric Cornell e Carl Wieman ganharam o Prêmio Nobel de Física de 2001 Outros estados da matéria Existem outros possíveis estados da matéria; alguns destes só existem sob condições extremas, como no interior de estrelas mortas, ou no começo do universo depois do Big Bang : Fluidos supercríticos Colóide Superfluido Supersólido Matéria degenerada Neutrônio Matéria fortemente simétrica Matéria debilmente simétrica Condensado fermiônico Plasma de quarks-glúons Matéria estranha ou materia de quark Fonte: wikipédia
- SLIDE 10 - PROPRIEDAES DA MATÉRIA – MUDAÇAS DE ESTADO: AS MUDANÇAS DE ESTADO - ESQUEMA As mudanças de estado são transformações físicas que ocorrem nas substâncias, motivadas, por exemplo, por um aumento ou diminuição de temperatura ou de pressão , levando a uma alteração no estado de agregação das partículas. Fornecendo Energia ao Sistema : Neste sentido o sistema precisa ser aquecido, isto é, absorve calor (transformação endotérmica) FUSÃO: é a passagem do estado sólido para o líquido. VAPORIZAÇÃO: é a passagem do estado líquido para o gasoso (gás ou vapor). Este processo pode ocorre de forma natural (evaporação) ou adicionando energia (ebulição). Evaporação – é a vaporização lenta, que ocorre na superfície do líquido, sem agitação nem surgimento de bolhas. Ebulição – é a vaporização rápida, com agitação do líquido e aparecimento de bolhas. Calefação – é uma vaporização muito rápida, com gotas do líquido “pulando” em contato com uma superfície ultra-aquecida. SUBLIMAÇÃO: é a passagem do estado sólido diretamente para o estado gasoso Retirando Energia do Sistema : Neste sentido o sistema é resfriado, isto é libera o calor que havia recebido (transformação exotérmica) LIQUEFAÇÃO ou CONDENSAÇÃO: é a passagem do gás ou vapor pra o estado líquido. SOLIDIFICAÇÃO: é a passagem do estado líquido para o sólido. Observação: Comentar sobre a tabela que relaciona as mudanças de estado físico com a absorção e liberação de calor para a água.
- SLIDE 11 - PROPRIEDAES DA MATÉRIA – CURVA DE AQUECIMENTO (SIMULAÇÃO) Imagine você pegando cubos de gelo de seu congelador e colocando-o numa panela em seu fogão. Se você medir a temperatura do gelo, verá que ele chega a -5º Celsius ou menos. Se você observar a temperatura em quando aquece o gelo, perceberá que a temperatura dele começa a aumentar por causa do calor do fogo, e porque as partículas começam a vibrar, cada vez mais rápidas, na estrutura cristalina. Depois de alguma tempo, algumas das partículas se movem tão rápido que elas se libertam da estrutura, e a estrutura cristalina (que mantém um sólido rígido) finalmente se parte. O sólido começa a sair do estado sólido para o estado líquido – Este processo se chama fusão . A temperatura na qual a fusão ocorre é chamada de ponto de fusão para o gelo é de 32º Fahrenheit, ou 0º Celsius. (2) Se você continuar observando a temperatura do gelo enquanto ele derrete, verá que ela permanece estável em 0º C até todo gelo ser derretido. Obs.: Durante a mudança de estado (fase), a temperatura permanece constante, mesmo que o líquido contenha mais energia do que o gelo (porque as partículas nos líquidos se movem mais rapidamente do que as partículas nos sólidos). Se você continuar a aquecer a panela com os cubos de gelo já derretidos, a temperatura da água aumenta e as partículas vão se movendo cada vez mais rápidas assim que absorvem o calor. A temperatura aumenta até a água alcançar a próxima mudança de estado – ebulição . Na medida em que as partículas vão se movendo mais rápido até se aquecerem, elas começam a quebrar as forças de atração existentes entre si, deslocando-se livremente na forma de vapor ou gás. O processo pelo qual a substancia transita do estado líquido para o gasoso é conhecido como ebulição. A temperatura em que o líquido começa a ferver é conhecida como ponto de ebulição (PE). O PE depende da pressão atmosférica, e para a água ao nível do mar, ela é de 212º F ou 100º C. A temperatura da água fervente vai permanecer constante até que toda água seja convertida em vapor. – Pergunta: O que é mais grave queimaduras causadas por vapor d’água ou por água fervente (considerando a área atingida e o tempo de exposição semelhantes) ou Quem tem mais energia a água fervente ou vapor d’ água? Resposta: Você pode ter tanto água quanto vapor ao atingir 100º C, eles terão a mesma temperatura, mas o vapor terá muito mais energia (porque as partículas se movimentam de forma independente bem mais rápidas). Logo queimaduras causadas pelo vapor são normalmente mais sérias do que as causadas pela água fervente, ou seja muito mais energia é transferida para pele. Animação 1 - Curva de aquecimento da água pura, a partir da sua fase sólida, passando pela fase líquida até à fase gasosa (LAPEQ-FEUSP – 2005) Ponto Vermelho : No aquecimento ou no resfriamento de substâncias puras , a temperatura permanece constante ( no PF ou de PE) enquanto a mudança de estado físico estiver ocorrendo. (TITO e CANTO VOL 1 – pg. 26)