Estados Físicos da Matéria. Prof. Henrique Dantas
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- Marcos de Andrade Fonseca
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1 Estados Físicos da Matéria Prof. Henrique Dantas 2016
2 Introdução A matéria pode se apresentar basicamente, na natureza, em três estados: o estado líquido; o estado sólido; o estado gasoso.
3 Introdução ESTADO SÓLIDO: As moléculas estão dispostas com regularidade, em um arranjo denominado retículo cristalino. Os átomos (ou moléculas) constituintes estão sujeitos a forças de coesão muito intensas devido à pequena distância entre as moléculas. A forma e o volume são bem definidos. Praticamente incompressível.
4 ESTADO SÓLIDO: Introdução
5 Introdução ESTADO LÍQUIDO: As interações entre as moléculas têm menor intensidade, devido à maior distância em relação ao estado sólido. A moléculas apresentam movimentação mais acentuada. A forma é indefinida mas o volume é bem definido. Também é praticamente incompressível.
6 ESTADO LÍQUIDO: Introdução
7 Introdução ESTADO GASOSO: As interações entre as moléculas são muito pequenas devido à grande distância entre elas. As moléculas apresentam uma agitação molecular muito acentuada. As moléculas se movimentam muito desordenadamente e com grande velocidade. Apresenta forma e volume indefinidos uma vez que ocupa todo o espaço que lhe é fornecido.
8 ESTADO GASOSO: Introdução
9 PLASMA Considerado o 4 estado da matéria, difere-se dos sólidos, líquidos e gasosos (estados de baixa energia) por ser um gás ionizado, constituídos por átomos ionizados e elétrons em uma distribuição quase-neutra (concentrações de íons positivos e negativos praticamente iguais). A pequena diferença de cargas torna o plasma eletricamente condutível, fazendo com que ele tenha uma forte resposta a campos eletromagnéticos.
10 PLASMA
11 Condensado de Bose-Einstein Em 1995 conseguiram algum avanço significativo nesse sentido quando submeteram um conjunto de 2000 átomos de rubídio à uma temperatura próxima do zero absoluto, obtendo com resultado uma matéria completamente diferente, em que as partículas vibravam de maneira uniforme, ou seja com a mesma energia e direção como se fossem um só átomo
12 OBSERVAÇÃO Se colocarmos os estados físicos da matéria em ordem crescente, conforme a quantidade de energia que cada um possui, teremos: Condensado de Bose-Einstein Sólido Líquido Gasoso Plasma
13 OBSERVAÇÃO O condensado fermiônico é uma coleção de milhares de partículas ultrafrias ocupando um único estado quântico, ou seja, todos os átomos se comportam como um único e gigantesco átomo. O Superfluido de Polaritons é um superfluido que é capaz de levar energia de um lugar para outro utilizando-se de um feixe de luz, também pode gerar raios laser potentes com baixo consumo e fazer transporte de bits em meio sólido.
14 Superfluidez e supercondutividade Estudos com arrefecimento de hélio às temperaturas semelhantes, revelaram propriedades fantásticas do quinto estado da matéria como a superfluidez. Fenômeno no qual a matéria não possui viscosidade e flui de maneira uniforme em determinado recipiente. Outra propriedade identificada foi a supercondutividade, onde determinado material apresenta resistência zero a corrente elétrica.
15 Superfluidez
16 supercondutividade
17 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO A fase em que uma substância se encontra é função da pressão e da temperatura a que a substância esta sujeita.
18 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO ESTADO SÓLIDO ESTADO LÍQUIDO ESTADO GASOSO
19 FUSÃO/SOLIDIFICAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO Em uma dada pressão, cada substância possui a sua temperatura de fusão. Sob pressão constante, a temperatura do corpo permanece constante durante a fusão. Em um diagrama pressão x temperatura, a CURVA DE FUSÃO representa os pontos de coexistência entre os estados sólido e líquido para uma determinada substância. O aspecto dessa curva é diferente entre substâncias que se expandem na fusão e substância que contraem na fusão.
20 FUSÃO/SOLIDIFICAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO Note que quanto maior é a pressão sobre a substância, maior é a sua temperatura de fusão. Curva de fusão para substâncias que se expandem na fusão.
21 FUSÃO/SOLIDIFICAÇÃO T MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO Ponto de fusão As substâncias com temperatura acima do ponto de fusão encontram-se no estado líquido. As substâncias com temperatura abaixo do ponto de fusão encontram-se no estado sólido.
22 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
23 FUSÃO/SOLIDIFICAÇÃO P MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO P 2 Note que quanto maior é a pressão sobre a substância, menor é a sua temperatura de fusão. P 1 T 2 T 1 T( C) Curva de fusão para substâncias que se contraem na fusão. (água, ferro, bismuto, antimônio e etc.)
24 FUSÃO/SOLIDIFICAÇÃO Analisando o gráfico... P MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO Qual o estado físico da substância representada pelo ponto B? Note que: B T B > T fusão Assim, a substância representada pelo ponto B encontra-se no estado LÍQUIDO. T fusão T B T( C)
25 FUSÃO/SOLIDIFICAÇÃO Isso explica... MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
26 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO FUSÃO/SOLIDIFICAÇÃO Regelo (Experiência de Tyndall) Consiste em pendurar um fio de metal fino, com pesos adequados nas pontas, sobre um bloco de gelo. O arame atravessa a barra sem decepá-la.
27 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO FUSÃO/SOLIDIFICAÇÃO Regelo (Experiência de Tyndall) A pressão elevada exercida pelo fio baixa o ponto de fusão do gelo.
28 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO FUSÃO/SOLIDIFICAÇÃO Regelo (Experiência de Tyndall) O fio passa pela camada líquida. Após a passagem do fio a pressão volta ao normal e o ponto de fusão aumenta.
29 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO FUSÃO/SOLIDIFICAÇÃO Regelo (Experiência de Tyndall)
30 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
31 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
32 FUSÃO/SOLIDIFICAÇÃO Sobrefusão ou superfusão MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO É o fenômeno no qual um líquido é mantido em seu estado de agregação em uma temperatura inferior ao seu ponto de solidificação. Ao se resfriar o líquido suas moléculas se organizam para formar a estrutura cristalina do estado sólido. Algumas moléculas não conseguem se posicionar e a substância permanece no estado líquido mesmo estando abaixo da temperatura de fusão. Qualquer perturbação no sistema gera energia suficiente para que as moléculas se organizem e a substância mude para o estado sólido.
33 FUSÃO/SOLIDIFICAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
34 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
35 Questão Extra
36 (Unifesp-SP) Sobrefusão é o fenômeno em que um líquido permanece nesse estado a uma temperatura inferior à de solidificação, para a correspondente pressão. Esse fenômeno pode ocorrer quando um líquido cede calor lentamente, sem que sofra agitação. Agitado, parte do líquido solidifica, liberando calor para o restante, até que o equilíbrio térmico seja atingido à temperatura de solidificação para a respectiva pressão. Considere uma massa de 100 g de água em sobrefusão à temperatura de 10 C e pressão de 1 atm, o calor específico da água de 1 cal/g C e o calor latente de solidificação da água de 80 cal/g. A massa de água que sofrerá solidificação se o líquido for agitado será: a) 8,7 g. b) 10,0 g. c) 12,5 g. d) 50,0 g. e) 60,3 g. Questão Extra
37 Vaporização/Condensação MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO A vaporização pode ocorrer basicamente de três maneiras: Ebulição (fervura): ocorre quando a substância atinge uma determinada temperatura chamada de temperatura de ebulição.
38 Vaporização/Condensação MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO A vaporização pode ocorrer basicamente de três maneiras: Evaporação: ocorre na superfície e com a substância ainda abaixo da temperatura de ebulição.
39 Vaporização/Condensação MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO A vaporização pode ocorrer basicamente de três maneiras: Calefação: ocorre quando a substância entra em contato com uma superfície de temperatura muito acima da temperatura de ebulição.
40 Vaporização/Condensação MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO A vaporização pode ocorrer basicamente de três maneiras: Ebulição (fervura): ocorre quando a substância atinge uma determinada temperatura chamada de temperatura de ebulição. Evaporação: ocorre na superfície, a substância se encontra com temperatura abaixo da temperatura de ebulição. Calefação: ocorre quando a substância entra em contato com uma superfície de temperatura muito acima da temperatura de ebulição.
41 Vaporização/Condensação Curva de vaporização: P P 2 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO P C P 1 T 1 T 2 T( C) Quanto maior a pressão, maior é a temperatura de ebulição da substância.
42 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
43 Vaporização/Condensação MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
44 Vaporização/Condensação Curva de vaporização: MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO O C refere-se ao ponto crítico. Corresponde ao par de valores de temperatura crítica e pressão crítica. Abaixo do valor da temperatura crítica a substância pode variar entre os estados líquido e gasoso por simples compressão ou descompressão
45 Vaporização/Condensação Curva de vaporização: MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO Substância não retorna ao estado líquido. Substância no estado líquido. Substância no estado gasoso
46 Vaporização/Condensação OBSERVAÇÃO: MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO A substância no estado gasoso, abaixo da temperatura crítica, é chamada de vapor. Estando a substância acima da temperatura crítica ela é chamada de gás. O vapor pode sofrer condensação por uma simples compressão isotérmica. Com o gás, essa condensação não é possível.
47 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO QUEM É GÁS É QUEM É VAPOR? A bolha do refrigerante é de gás e a bolha do aquecimento da água é de vapor.
48 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO PANELA DE PRESSÃO E AUTOCLAVE Com o aumento da pressão a temperatura de ebulição aumenta e a água ferve a uma temperatura de cerca de 120 C.
49 Caiu no enem...
50 Caiu no enem...
51 Questão extra
52 Questão extra
53 Questão extra (Ufrn)Preocupado com a inclusão dos aspectos experimentais da Física no programa do Processo Seletivo da UFRN, professor Samuel Rugoso quis testar a capacidade de seus alunos de prever os resultados de uma experiência por ele imaginada. Apresentou-lhes a seguinte situação: Num local, ao nível do mar, coloca-se um frasco de vidro (resistente ao fogo) com água até a metade, sobre o fogo, até a água ferver. Em seguida, o frasco é retirado da chama e tampado com uma rolha que lhe permite ficar com a boca para baixo sem que a água vaze. Espera-se um certo tempo até que a água pare de ferver. O professor Rugoso formulou, então, a seguinte hipótese: "Se prosseguirmos com a experiência, derramando água fervendo sobre o frasco, a água contida no mesmo não ferverá; mas, se, ao invés disso, derramarmos água gelada, a água de dentro do frasco ferverá" (ver ilustração abaixo).
54 A hipótese do professor Rugoso é a) correta, pois o resfriamento do frasco reduzirá a pressão em seu interior, permitindo, em princípio, que a água ferva a uma temperatura inferior a cem graus centígrados. b) errada, pois, com o resfriamento do frasco, a água não ferverá, porque, em princípio, haverá uma violação da lei de conservação da energia. c) correta, pois a entropia do sistema ficará oscilando, como é previsto pela segunda lei da termodinâmica. d) errada, pois o processo acima descrito é isobárico, o que torna impossível a redução da temperatura de ebulição da água.
55 Vaporização/Condensação MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO Por que os copos contendo líquidos gelados ficam suados?
56 EVAPORAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO A evaporação é um fenômeno lento e que ocorre apenas na superfície do líquido. Algumas moléculas do líquido, com alta energia cinética, conseguem vencer a tensão superficial e escapam para o ambiente produzindo a evaporação.
57 EVAPORAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
58 EVAPORAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO FATORES QUE INFLUENCIAM A EVAPORAÇÃO: 1- ÁREA DE EXPOSIÇÃO Uma vez que a evaporação é um fenômeno que ocorre na superfície do líquido, quanto maior a área superficial, maior é a taxa de evaporação. Exemplos: Espalhar com um rodo a água acumulada no chão. Roupas bem abertas estendidas no varal.
59 EVAPORAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO FATORES QUE INFLUENCIAM A EVAPORAÇÃO: 2- TEMPERATURA Quanto maior a temperatura do líquido, maior é a energia das moléculas e com isso conseguirão vencer a tensão superficial mais facilmente. Por exemplo, quanto mais quente estiver uma xícara de café, maior é a quantidade daquela fumacinha que se forma sobre sua superfície.
60 EVAPORAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO FATORES QUE INFLUENCIAM A EVAPORAÇÃO: 3- PRESSÃO DE VAPOR: A pressão de vapor corresponde à pressão que o vapor de uma certa substância exerce sobre sua superfície. Algumas moléculas escapam do líquido enquanto outras retornam para ele. Quando o número de moléculas saindo do líquido é maior que o número de moléculas retornando, a pressão de vapor está aumentando. Quando o número de partículas saindo do líquido é igual ao número de partículas retornando a pressão de vapor é máxima (pressão de saturação).
61 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO EVAPORAÇÃO FATORES QUE INFLUENCIAM A EVAPORAÇÃO: 3- PRESSÃO DE VAPOR:
62 EVAPORAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO FATORES QUE INFLUENCIAM A EVAPORAÇÃO: 3- PRESSÃO DE VAPOR: Assim, quanto menor a pressão de vapor, maior é a taxa de evaporação da substância. A VENTILAÇÃO também influência a evaporação pois tende a eliminar o vapor acumulado sobre a superfície diminuindo a pressão de vapor.
63 EVAPORAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO FATORES QUE INFLUENCIAM A EVAPORAÇÃO: Ao soprarmos a fumacinha formada sobre a superfície do café estamos diminuindo a pressão de vapor e aumentando a taxa de evaporação. Com a evaporação a temperatura do líquido diminui.
64 EVAPORAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO FATORES QUE INFLUENCIAM A EVAPORAÇÃO: Os lençóis no varal secam mais rapidamente se além de expostos ao Sol estiverem expostos também ao vento!!
65 EVAPORAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO FATORES QUE INFLUENCIAM A EVAPORAÇÃO: Sentimos frio ao sair da piscina pois a água acumulada sobre a pele retira calor dela para evaporar.
66 EVAPORAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO FATORES QUE INFLUENCIAM A EVAPORAÇÃO: A moringa de barro (pote) é constituída de material poroso e permite que o líquido tenha contato com o meio externo. Esse líquido evapora e sua temperatura diminui
67 Caiu no enem...
68 EVAPORAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO UMIDADE RELATIVA DO AR Corresponde à concentração de vapor de água no meio. Quando a umidade do ar é alta a velocidade de evaporação da água diminui. Em umidades baixas a água evapora mais rapidamente. Ambiente muito úmidos nos causam certo desconforto pois o suor tem dificuldade de evaporar. Em ambientes mais secos o suor evapora mais facilmente e isso nos causa uma sensação de maior conforto. A fisiologia do corpo humano corrobora os indícios fósseis de que o Homo sapiens teve origem nas planícies quentes da África.
69 Questão extra
70 Questão extra
71 Caiu no enem...
72 DIAGRAMAS DE FASES MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO Substâncias que expandem na fusão Curva de fusão Curva de vaporização Curva de Sublimação
73 DIAGRAMAS DE FASES MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO Substâncias que contraem na fusão Curva de fusão Curva de vaporização Curva de Sublimação
74 DIAGRAMAS DE FASES PARA A ÁGUA
75 OBSERVAÇÃO MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO O ponto T é o ponto triplo (ou tríplice) que corresponde ao par de valores de pressão e temperatura no qual a substância coexiste nos três estados. No caso da água, esses valores são 4,8 mmhg e 0,01 C.
76 Ponto triplo
77 SECAGEM A FRIO (freeze dry) Liofilização A liofilização é uma técnica de desidratação utilizada na indústria onde o produto é congelado e submetido a baixas pressões (sob controle de temperatura), de maneira que o gelo formado é sublimado (transformado diretamente em gás) retirando a água do alimento. Sem conservantes ou produtos químicos, é o processo mais adequado para preservar células, enzimas, vacinas, vírus, leveduras, soros, derivados sanguíneos, algas, bem como frutas, vegetais, carnes, peixes e alimentos em geral.
78 Liofilização
79 Questão 22
80 . Questão 15.
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