Tutorial – Estados da Matéria
Elaborado por Daniela Martins Buccini
Equipe: Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
Título:
Estados da Matéria
Título
alternativo:
StatesofMatter: Basics
Tipo do
recurso:
Animação/simulação
Objetivo:
Simular um modelo molecular para os estados físicos de diferentes
substâncias em função da pressão e temperatura
Descrição do
recurso:
O recurso simula um modelo de partículas para diferentes substâncias nos
estados sólido, líquido e gás, bem como mudanças de fase e variações na
pressão, temperatura e volume. Permite visualizar também as forças
atrativas e repulsivas entre átomos em função da distância
Observação:
É necessário instalar ou atualizar uma versão recente do Java
Componente
Curricular:
Ensino Médio::Química
Tema:
Educação Básica::Ensino Médio::Química::Propriedades das substâncias e
dos materiais
Educação Básica::Ensino Médio::Química::Modelos de constituição:
substâncias, transformações químicas
Autor(es):
Loeblein, Trish; Podolefsky, Noah; Perkins, Kathy; Blanco, John; Beale,
Paul; Adams, Wendy; McKagan, Sarah
Idioma:
Português (pt)
País:
Estados Unidos da América (us)
Fonte do
recurso:
Simulações Interativas PhET - Universidade do Colorado
Descrição:
Noções de modelo cinético molecular
Endereço
eletrônico:
http://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/states-of-matter
Detentor do
direito autoral:
Simulações Interativas PhET - Universidade do Colorado
Licença:
O Projeto Simulações Interativas PhET da Universidade do Colorado (PhET)
distribui esta simulação sob Licença CreativeCommons - Atribuição 3.0. O
usuário é livre para copiar, distribuir, transmitir e adaptar a obra. O
usuário deve atribuir a obra a “Simulações Interativas PhET – Universidade
do Colorado – http://phet.colorado.edu”
Submetido por:
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
URI:
http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/21705
Disponível em:
Ensino Médio: Química: Animações/Simulações
O QUE É POSSÍVEL FAZER
Esta simulação permite o estudo do modelo cinético-molecular (modelo de partículas) para
os estados físicos de algumas substâncias. A simulação permite observar o que ocorre com
as partículas da substância quando se varia a temperatura, a pressão e o volume.
PRIMEIRA ABA – SÓLIDO, LÍQUIDO, GÁS
Na primeira aba pode-se simular o modelo de partículas para os estados sólido, líquido e
gasoso de uma substância.
Você pode utilizar os seguintes comandos:
Nesta caixa você pode selecionar a substância com a qual deseja
trabalhar. Você pode escolher o neônio, argônio, oxigênio ou a água.
Nesta outra caixa é possível alterar o estado físico da substância. Basta
clicar no estado que deseja observar.
Utilizando este comando é possível variar a temperatura do sistema.
Para isso, você deve clicar e arrastar o botão para cima ou para baixo,
até atingir a temperatura desejada.
Este é o recipiente fechado onde se encontra representado o modelo de
partículas da substância que você escolheu. Nele está acoplado um
termômetro que marca temperaturas em Kelvin.
Com este comando você pode pausar a animação, mostrar passo a passo
ou reiniciar tudo.
Agora que você aprendeu sobre os principais comandos da primeira parte da simulação, siga
as seguintes instruções:
1- Selecione átomos de neônio e observe o modelo de partículas para cada estado
físico – sólido, líquido e gasoso. Para isso basta clicar nos botões na caixa à direita da
tela. Atente para o espaço entre os átomos, sua agitação e a temperatura em que se
observa cada estado físico. Faça isso para cada uma das substâncias disponíveis,
separadamente, sempre observando as temperaturas associadas a cada estado.

Como a agitação das partículas varia com a temperatura?

Como a organização das partículas varia com a temperatura?
2- Selecione a molécula de água no estado sólido. Faça o mesmo com a molécula de
oxigênio. Observe a diferença do modelo de estado sólido para as duas substâncias.

Proponha uma explicação para a diferença entre esses dois modelos no
estado sólido.

Essa diferença do arranjo das partículas da água no estado sólido em relação
a outras substâncias neste mesmo estado acarreta também diferenças
macroscópicas. O gelo, por exemplo, é menos denso que a água no estado
líquido, o que difere de outras substâncias. Como você poderia explicar essa
diferença baseando-se no modelo cinético-molecular?
3- Você ainda pode variar a temperatura do sistema e observar o que ocorre com as
partículas. Aumentando a temperatura, tente observar quando ocorre a mudança de
estado físico para cada uma das substâncias.
4- Selecione átomos de neônio e eleve a temperatura por volta de 298K. Observe as
variações no modelo. Faça o mesmo para átomos de argônio e para a molécula de
oxigênio. Por fim, selecione a molécula de água, eleve a temperatura até 298K e
depois até 373k.

Observe que elevamos a temperatura a 298K para todas as substâncias. Esta
temperatura equivale a 25 °C, que é a temperatura ambiente. Identifique em
que estado físico se encontra cada substância nesta temperatura e comente
sobre o grau de agitação de suas partículas.
 Considerando os estados físicos das substâncias tratadas nesta simulação,
tente indicar qual delas deve apresentar interações mais fortes entre suas
partículas. Explique como você chegou a esta conclusão.
SEGUNDA ABA – MUDANÇA DE FASE
Na segunda aba você pode variar a pressão e a temperatura de diferentes substâncias e
observar o que acorre.
Os comandos são os mesmos da aba anterior, mas agora temos a representação de um
dedo apoiado sobre um pistão.
Esse comando permite movimentar o pistão. Para isso basta
aproximar o cursor do dedo e irá aparecer uma seta verde. Clique
sobre o dedo ou qualquer outro lugar da tampa e arraste o cursor.
O medidor de pressão marca a pressão no interior do recipiente
Este comando permite adicionar moléculas ou átomos ao recipiente,
movimentando verticalmente o pistão da bomba de ar.
Para explorar esta aba, siga as instruções:
1- Selecione o argônio no estado sólido. Adicione mais átomos ao recipiente. Espere
uns instantes. Você vai perceber que com o tempo os átomos adicionados vão se
juntando aos que já estavam no recipiente.
2- Agora varie a pressão. Para isso posicione o cursor próximo ao pistão do recipiente e,
quando aparecer uma seta dupla verde, arraste o pistão para baixo de modo a
diminuir o volume. Note a variação de pressão no medidor e também o que ocorre
com as partículas no recipiente.

Tente explicar porque o aumento da pressão causa mudanças na agitação das
partículas.

Se você aumentar muito a pressão, verá que o recipiente vai se abrir. Em que
estado físico a substância se encontra quando o recipiente se abre?

Tente explicar porque o recipiente se abre.
3- Clique em reiniciar tudo.
4- Agora varie a temperatura e observe em que condições o recipiente se abre. Observe
que com aumento da temperatura ocorre também o aumento da pressão.

Explique a porque o recipiente se abre baseando-se no modelo cinético
molecular.
5- Faça combinações diferentes de temperatura e pressão e observe o que ocorre com
o sistema.

Após realizar esses testes, tente explicar como a variação da pressão e da
temperatura interferem na mudança de estados físicos das substâncias.
6- Selecione a molécula de água. Abaixe o pistão até ¼ do recipiente e observe o que
ocorre com a temperatura e com as partículas no recipiente. Aumente em 30
unidades a temperatura. Observe o que ocorre com as partículas.
7- Agora abaixe o pistão até a metade do recipiente, observe o que ocorre com a
temperatura e com o modelo das partículas. Aumente a temperatura em 20
unidades.
8- Agora abaixe o pistão para ¾ do recipiente e observe novamente a temperatura.
Aumente em 10 unidades a temperatura. O que ocorre?

Quando variamos a posição do pistão estamos interferindo no volume. Qual a
relação verificada entre volume e pressão? E entre volume e temperatura?
9- Agora selecione a molécula de oxigênio e diminua a temperatura do sistema.
Observe as mudanças que ocorrem no diagrama de fases, gráfico que se encontra no
canto inferior direito da tela. O diagrama de fases apresentado mostra o que ocorre
com o estado físico da substância quando variamos a temperatura ou a pressão.
10- Coloque o sistema na temperatura de 26K e observe o diagrama de fases. O ponto
vermelho indica qual o estado físico do sistema.

De acordo com o diagrama, nesta temperatura, em que estado(s) físico(s)se
encontra a substância?
11- Agora varie a temperatura para 98K.

Consultando novamente o diagrama de fases indique em que estados físicos
se encontra a substância?

Indique qualitativamente em que regiões do diagrama de fases podemos
encontrar o oxigênio apenas no estado sólido. E no estado líquido?
12- O ponto de encontro das três linhas no gráfico é chamado de ponto tríplice e nele
podem coexistir os três estados físicos, em determinada condição de pressão e
temperatura. Ajuste a temperatura e a pressão até que seja atingido o ponto tríplice
e observe o modelo de partículas da simulação.

Que estado físico se observa para o modelo de partículas, nessas condições?

Esta observação está de acordo com o diagrama de fases?
Observe que o diagrama de fases apresentado nesta simulação apresenta algumas
limitações. Ele indica apenas situações sobre as linhas, quando coexistem dois estados
físicos. Você pode observar que o modelo de partículas não acompanha este resultado.
Observe também que o ponto vermelho caminha apenas nas linhas que correspondem aos
estados sólido/gás e líquido/gás, não sendo utilizada a linha sólido/líquido.
TERCEIRA ABA – POTENCIAL DE INTERAÇÃO
A terceira aba apresenta um gráfico que mostra o Potencial de Interação entre átomos. Veja
no gráfico que o potencial varia com a distância entre os átomos. O gráfico de energia
potencial é usado para prever como esses átomos vão se comportar ao serem aproximados
ou afastados.
Observe que, nesta aba da simulação, são usados apenas o neônio e o argônio, que ocorrem
naturalmente não ligados. O gráfico de energia potencial pode ser usado também para
descrever a formação de uma ligação química, no entanto, este não é o objetivo desta
simulação e, portanto, ela não será usada para as moléculas de água e oxigênio.
Siga os seguintes comandos.
1- Selecione o neônio. Aproxime os dois átomos e solte. Observe o que acontece no
gráfico.
2- Posicione os átomos em diferentes distâncias. Observe.
3- Ao movimentar os átomos do modelo, aparece um ponto móvel no gráfico que
caminha pela curva. Se você aproximar muito um átomo do outro, observará um
aumento acentuado da energia potencial do sistema, que se torna instável. Se você
soltar o átomo, perceba que ele irá se distanciar do outro e a energia potencial
tenderá a um valor constante.
4- Selecione agora o comando “Força total” em uma das caixas à direita do gráfico. No
modelo serão mostradas as resultantes das forças que atuam no sistema. Aproxime
os dois átomos novamente e observe a direção, sentido e intensidade das forças
resultantes.

A partir desta observação, ao aproximar muito dois átomos, ocorre repulsão
ou atração?

Se você posicionar o ponto azul na parte da curva negativa em relação ao eixo
vertical (o vale da curva), o que ocorre com o átomo? Como aparecem as
resultantes das forças?
5- Selecione o comando “Forças componentes” e observe as legendas (atrativo – Van
der Waals; repulsivo – sobreposição de elétrons). A partir da análise das forças
componentes, podemos
perceber que
existem
forças
repulsivas
quando
aproximamos muito os dois átomos e forças atrativas quando os distanciamos.

Compare, agora, as intensidades das forças atrativas e repulsivas com a
energia potencial mostrada no gráfico. Tente explicar por que as forças
atrativas se intensificam quando os átomos se distanciam. Tente explicar,
também, porque as forças repulsivas se intensificam quando os átomos se
aproximam.

Como você pode relacionar esse modelo de atração e repulsão com os
estados físicos das substâncias tratadas nesta simulação?