O que acontece durante a mudança de estado físico de uma substância?

Licenciatura Plena em Química (Universidade de Cruz Alta, 2004)
Mestrado em Química Inorgânica (Universidade Federal de Santa Maria, 2007)

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Exercícios e questões de vestibulares
Fusão e solidificação
Solidificação
Vaporização
Condensação
Curva de aquecimento
Sublimação
As leis gerais da mudança de estado

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O que caracteriza e define um estado físico da matéria são as forças atuantes em seu interior; coesão, a qual tende a aproximar as partículas, e repulsão, a qual tende a afastá-las. Quando a força de coesão supera a de repulsão, a substância se apresentará na fase de agregação chamada de sólido, quando as forças apresentarem a mesma intensidade, teremos um líquido, quando a de repulsão superar a de coesão, teremos então um gás. Cada um desses estados físicos distingue-se dos outros, entre outros fatores, por sua forma e volume. O estado sólido apresenta forma e volume constante, o líquido forma variável e volume constante, e o gasoso, forma e volume variáveis.

Na fase de agregação sólida, as partículas não apresentam liberdade de movimento, cabendo-lhes apenas movimentos de ordem vibracional, e a matéria terá maior densidade molecular. No estado líquido, as partículas podem literalmente “rolar” umas sobre as outras. Já na fase gasosa, as partículas terão ampla liberdade de movimento, e a matéria estará em sua fase de menor densidade molecular possível.

A matéria pode apresentar-se em qualquer estado físico, dependendo dos fatores pressão e temperatura. Assim, de modo geral, o aumento de temperatura e a redução de pressão favorecem o estado gasoso, e pode-se dizer que o inverso favorece ao estado sólido. As transformações de estado físico da matéria apresentam denominações características, como se pode ver abaixo:

a) FUSÃO: representa a passagem do estado sólido para o estado líquido. A temperatura na qual ocorre recebe o nome de Ponto de Fusão. Por exemplo, o derretimento de um cubo de gelo.

b) VAPORIZAÇÃO: representa a passagem do estado líquido para o estado gasoso. A temperatura na qual ocorre recebe o nome de Ponto de Ebulição. Uma vaporização pode ocorrer de três modos distintos:

CALEFAÇÃO: passagem do estado líquido para o gasoso de modo muito rápido, quase instantâneo. Por exemplo, gotas de água sendo derramadas em uma chapa metálica aquecida.
EBULIÇÃO: passagem do estado líquido para o estado gasoso por meio de aquecimento direto, envolvendo todo o líquido. Por exemplo, o aquecimento da água em uma panela ao fogão.
EVAPORAÇÃO: passagem do estado líquido para o estado gasoso que envolve apenas a superfície do líquido. Por exemplo, a secagem de roupas em um varal.

c) LIQUEFAÇÃO ou CONDENSAÇÃO: representa a passagem do estado gasoso para o estado líquido. Por exemplo, a umidade externa de um frasco metálico ao ser exposto a uma temperatura relativamente elevada.

d) SOLIDIFICAÇÃO: representa a passagem do estado líquido para o estado sólido. Por exemplo, o congelamento da água em uma forma de gelo levada ao refrigerador.

e) SUBLIMAÇÃO: representa a passagem do estado sólido para o estado gasoso ou o processo inverso, sem passagem pelo estado líquido. Por exemplo, a sublimação do gás carbônico sólido, conhecido por gelo seco, em exposição à temperatura ambiente.

Referências:
FELTRE, Ricardo, Química Geral, Vol. I, Ed. Moderna, 6° Ed., São Paulo/SP, 2004.
Ilustração: http://www.profjoaoneto.com/quimicag/estadex.htm

Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/fisico-quimica/mudancas-de-estado-fisico/

Exercícios e questões de vestibulares

Questão 01: (UFPR 2009)

A água pode ser encontrada na natureza nos estados sólido, líquido ou gasoso. Conforme as condições, a água pode passar de um estado para outro através de processos que recebem nomes específicos. Um desses casos é quando ela muda do estado gasoso para o líquido. Assinale a alternativa que apresenta o nome correto dessa transformação.

A)	Sublimação.
B)	Vaporização.
C)	Solidificação.
D)	Condensação.
E)	Fusão.

Arquivado em: Físico-química

É provável que nas suas aulas de ciências no ensino fundamental você tenha aprendido três estados físicos da matéria, o sólido, o líquido e o gasoso.

Esses estados físicos vêm do estado de agregação das moléculas constituintes da matéria. Se elas estão fortemente ligadas e com uma liberdade de movimento restrita a apenas agitações em torno de um ponto de equilíbrio, teremos nessa situação o estado sólido.

Com grau de liberdade de movimento maior, mas com alguma restrição, pois ainda há forças entre as moléculas, teremos o estado líquido e com um grau ainda maior de liberdade, pois as forças entre as moléculas são praticamente desprezíveis, teremos o estado gasoso.

Uma substância pode se apresentar em qualquer um desses estados físicos dependendo das condições de temperatura e pressão a que é submetida. Uma maneira muito comum de se mudar o estado físico de uma substância é pelo aquecimento, ou seja, pela troca de calor dessa substância com alguma fonte térmica.

Vamos estudar os processos de mudança de estado físico, assim como as leis que regem esse fenômeno.

Fusão e solidificação

Quando uma substância se encontra no estado sólido e começa receber calor, a sua temperatura aumenta, assim como o estado de agitação das suas moléculas. Se continuarmos com esse aquecimento, a agitação molecular se tornará tão intensa que as ligações entre as moléculas irão se romper.

A partir desse momento, a energia que está sendo transferida na forma de calor não será mais utilizada para o aumento da agitação molecular, mas sim, para a quebra das ligações moleculares. Essa quebra nas ligações moleculares dará as moléculas uma maior liberdade de movimento, caracterizando a fusão ou passagem para o estado liquido.

Solidificação

A solidificação é o processo inverso da fusão. Considere que uma substância no estado líquido esteja cedendo calor. Ao ceder calor, a sua temperatura irá diminuir, assim como o estado de movimentação das moléculas. Essa diminuição da movimentação molecular fará que as ligações moleculares se tornem mais intensas, caracterizando o estado sólido.

A figura abaixo representa os dois processos descritos acima na forma de um gráfico:

Observe pelo gráfico que, durante a mudança de estado, a substância permanece com a temperatura constante.

Vaporização

Se a substância do item anterior estiver no estado líquido e continuarmos a fornecer calor, a sua temperatura irá aumentar. Com isso, haverá um aumento no grau de movimentação das moléculas.

Em determinada temperatura, essas moléculas terão energia suficiente para escapar das forças moleculares que ainda existem entre elas e atingir um grau de liberdade maior. Nesse novo estado, conhecido como gasoso, as forças entre as moléculas são praticamente desprezíveis.

A vaporização pode ocorrer de três maneiras: evaporação, ebulição e calefação.

Evaporação:
Esse processo ocorre de maneira bem lenta e à temperatura ambiente. Pode se tomar como exemplo a evaporação da água da roupa que é deixada no varal para secar.
Ebulição:
É um processo mais rápido que ocorre a uma temperatura fixa. Tal processo é facilmente observado quando se coloca a água para ferver.

Calefação:
É o processo mais rápido e ocorre quando a fonte de calor está a uma temperatura muito maior do que a temperatura de ebulição da substância. Tome como exemplo uma gota de água sobre uma chapa muito quente.

Condensação

É o processo inverso da vaporização. Ao se diminuir a temperatura do gás, ele começa a perder a sua energia de movimentação. Com isso, as moléculas se agrupam através das forças moleculares, fazendo que a substância entre no estado líquido.

Curva de aquecimento

A figura a seguir mostra como uma substância inicialmente do estado sólido se comporta ao ser aquecida até atingir o estado gasoso. O gráfico a seguir é conhecido como curva de aquecimento.

Sublimação

A passagem direta do estado sólido para o estado gasoso sem passar pelo estado líquido é definida como sublimação. Tal processo só ocorre em condições adequadas de pressão e temperatura. É um processo de difícil observação no dia a dia. Temos como exemplos mais famosos desse fenômeno a naftalina e o gelo seco.

As leis gerais da mudança de estado

Pelo gráfico anterior podemos observar que as mudanças de estado físico são caracterizadas por patamares. Isso nos mostra que, durante essa situação, a temperatura da substância permanece constante. Desse fato, podemos enunciar a primeira lei geral das mudanças de estado:

1ª lei: "Durante a mudança de estado, se a substância estiver à pressão constante, a temperatura de mudança de estado permanecerá constante".
Tal fenômeno pode ser explicado pelo fato de que, na mudança de estado físico, como, por exemplo, por aquecimento, a energia que é absorvida pela substância em forma de calor não está sendo usada para o aumento da agitação molecular, mas para a quebra das ligações entre as moléculas.
Observando o enunciado da primeira lei temos algo importante a ser analisado. A temperatura permanece constante se a pressão se mantiver constante. A partir desse ponto, podemos concluir que, se mudarmos a pressão sobre a substância, também mudaremos a sua temperatura de mudança de estado. Então podemos enunciar a segunda lei geral das mudanças de estado.
2ª lei: "Se a pressão sobre a substância variar, a temperatura de mudança de estado também irá variar".
Um exemplo da aplicação dessa lei ocorre quando fervemos água em região litorânea. Nesse caso, a água irá ferver à temperatura de 100°C, pois a pressão ambiente ao nível do mar é de um atmosfera. Mas se fervermos a água em uma cidade como São Paulo, teremos a ebulição a uma temperatura de 98°C, pois nessa cidade a pressão ambiente é menor que um atmosfera.