Estados físicos da matéria

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Fases ou estados da matéria - são conjuntos de configurações que objetos macroscópicos podem apresentar. O estado físico tem a relação com a velocidade do movimento das partículas de uma determinada substância. Canonicamente e segundo o meio em que foram estudados, são três os estados ou fases considerados: sólido, líquido e gasoso.[1] Outros tipos de fases da matéria, como o condensado de bose-einstein ou o plasma são estudados em níveis mais avançados de física. As características de estado físico são diferentes em cada substância e depende da temperatura e pressão na qual ela se encontra.[2]

Os estados físicos da matéria[editar | editar código-fonte]

Há muitas discussões sobre quantos estados da matéria existem, porém as versões mais populares atualmente são de que a matéria somente tem três estados: sólido, líquido e gasoso. Mas há também outros que, ou são intermediários ou pouco conhecidos. Por exemplo: os vapores,[3] que nada mais são uma passagem do estado líquido para o gasoso na mesma fase em que o gás, porém quando está em estado gasoso, não há mais possibilidade de voltar diretamente ao estado líquido; já quando em forma de vapor, pode ir ao estado líquido, desde que exista as trocas de energia necessárias para tal fato.[2] Por isto que diz comumente "vapor d´água".

Se colocarmos os estados físicos da matéria em ordem crescente, conforme a quantidade de energia que cada um possui, teremos:

Condensado de Bose-EinsteinSólidoLíquidoGasosoPlasma

O Plasma é o estado em que a maioria da matéria se encontra no universo. Sabe-se que qualquer substância pode existir em três estados: sólido, líquido e gasoso, cujo exemplo clássico é a água que pode ser gelo, água em estado líquido e vapor de água. Todavia há pouquíssimas substâncias que se encontram nestes estados, que se consideram indiscutíveis a difundidos, mesmo tomando o Universo no seu conjunto. É pouco provável que superem o que em química se considera como restos infinitamente pequenos. Toda a substância restante do universo subsiste no estado denominado plasma.[4]

No estado sólido considera-se que a matéria do corpo mantém a forma macroscópica e as posições relativas das suas partículas. É particularmente estudado nas áreas da estática e da dinâmica.

No estado líquido, o corpo mantém a sua quantidade de matéria e aproximadamente o seu volume. A forma e posição relativa das suas partículas é variável. É particularmente estudado nas áreas da hidrostática e da hidrodinâmica.

No estado gasoso, o corpo mantém apenas a quantidade de matéria, podendo variar amplamente a forma e o volume. É particularmente estudado nas áreas da aerostática e da aerodinâmica.

O condensado de bose-einstein possui características, de ambos, estado sólido e estado líquido, como supercondutividade e super-fluidez, porém, é encontrado em temperaturas extremamente baixas (próximas ao zero absoluto), o que faz com que suas moléculas entrem em colapso. É particularmente estudado na área da mecânica quântica.

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.

Outros estados da matéria[editar | editar código-fonte]

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:

Estados em baixa temperatura[editar | editar código-fonte]

Superfluidos[editar | editar código-fonte]

Perto do zero absoluto, alguns líquidos formam um segundo estado líquido descrito como superfluido porque tem viscosidade zero ou fluidez infinita. Isso foi descoberto em 1937 para o hélio, que constitui um superfluido abaixo da temperatura lambda de 2,17 K. Neste estado, ele vai tentar "subir" para fora do recipiente.[5] Também tem condutividade térmica infinita, de modo que nenhum gradiente de temperatura pode se formar em um superfluido.

Essas propriedades são explicadas pela teoria de que o isótopo comum hélio-4 faz um condensado de Bose-Einstein (ver próxima seção), no estado superfluido. Mais recentemente, superfluidos de condensado fermiônico tem sido formados a temperaturas ainda mais baixas pelo raro isótopo hélio 3 e lítio-6.[6]

Condensados de Bose-Einstein[editar | editar código-fonte]

Em 1924, Albert Einstein e Satyendra Nath Bose previram o "condensado de Bose-Einstein", por vezes referido como o quinto estado da matéria.

Na fase gasosa, o condensado de Bose-Einstein manteve uma previsão teórica não verificada durante muitos anos. Em 1995, os grupos de pesquisa de Eric Cornell e Carl Wieman, de JILA na Universidade do Colorado em Boulder, produziram pela primeira vez esse condensado experimentalmente. Um condensado Bose-Einstein é "mais frio" do que um sólido. Pode ocorrer quando os átomos têm níveis quânticos muito semelhantes (ou o mesmo), em temperaturas muito perto do zero absoluto (-273,15 °C).

Mudanças de fase[editar | editar código-fonte]

Como a cada uma destas fases de uma substância corresponde determinado tipo de estrutura corpuscular, há vários tipos de mudanças de estruturas dos corpos quando muda a fase, ou de estado de aglomeração, da substância que são feitos. A mudança de fases ocorre conforme o diagrama de fases da substância. Mudando a pressão ou a temperatura do ambiente onde um objeto se encontra, esse objeto pode sofrer mudança de fase.

  • Fusão - mudança do estado sólido para o líquido.Existem dois tipos de fusão:
    • Gelatinosa - derrete todo por igual; por exemplo o plástico.
    • Cristalina - derrete de fora para dentro; por exemplo o gelo.
  • Vaporização - mudança do estado líquido para o gasoso. Existem três tipos de vaporização:
    • Evaporação - as moléculas da superfície do líquido tornam-se gás em qualquer temperatura.
    • Ebulição - o líquido está na temperatura de ebulição e fica borbulhando, recebendo calor e tornando-se gás.
    • Calefação - o líquido recebe uma grande quantidade de calor em período curto e se torna gás rapidamente.
  • Condensação - mudança de estado gasoso para líquido (inverso da Vaporização).
  • Solidificação - mudança de estado líquido para o estado sólido (inverso da Fusão).
  • Sublimação - um corpo pode ainda passar diretamente do estado sólido para o gasoso.
  • Ressublimação - mudança direta do estado gasoso para o sólido (inverso da Sublimação).
  • Ionização - mudança de estado gasoso para o estado plasma.
  • Desionização - mudança de estado plasma para estado gasoso (inverso de Ionização).

Referências

  1. Química Total - Estados Físicos da Matéria. Visitado em 23 de junho de 2009.
  2. a b Paulo Augusto Bisquolo. Mudanças de estado físico - Física - Uol Educação UOL. Visitado em 23 de junho de 2009.
  3. Equilíbrio Líquido - Vapor do Sistema Unicamp, Departamento de Processos Químicos. Visitado em 23 de junho de 2009.
  4. Prof. Alberto Ricardo Präss. Plasma, o quarto estado da matéria Retirado da "Pequena Enciclopédia da Física Nuclear", de R. Gladkov. Visitado em 23 de junho de 2009.
  5. J.R. Minkel (20 de fevereiro de 2009). Strange but True: Superfluid Helium Can Climb Walls Scientific American. Visitado em 23/02/2010.
  6. L. Valigra (22 de junho de 2005). MIT physicists create new form of matter MIT News. Visitado em 23/02/2010.

Ligações externas[editar | editar código-fonte]