QUÍMICA DE MATERIAIS
AULA 01: INTRODUÇÃO A QUÍMICA DOS MATERIAIS
TÓPICO 02: ESTADOS FÍSICOS
Para uma melhor compressão do estado sólido, vamos antes discutir
algumas propriedades dos estados sólido, líquido e gasoso e as relações que
existem entre eles.
O estado físico sólido apresenta uma variedade de estruturas muito
superior a encontrada nos estados líquido e gasoso. Se por um lado os gases
são constituídos por moléculas discretas que se movem quase que
livremente, os líquidos e sólidos tem propriedades que dependem fortemente
de como suas partículas constituintes interagem umas com as outras. Por
esta razão, costumamos nos referir a sólidos e líquidos como fases
condensadas. A tabela a seguir sumariza algumas das propriedades dos
sólidos, líquidos e gases:
Sólidos
Líquidos
Têm formas definidas
(resistem
à
deformação)
Não
possuem
forma
definida
(assume a forma do
recipiente
onde
estão contidos)
Não possuem forma
definida (ocupam todo
o volume do recipiente
onde estão contidos)
São
praticamente
incompressíveis
Têm
volume
definido
(apenas
levemente
comprimíveis)
São compresíveis
Geralmente possuem
densidade maior que
líquidos
Apresentam
densidades
Apresentam
densidades
Não são fluídos
São fluídos
São fluídos
Difundem-se
somente
muito
lentamente
através
de sólidos
Difundem-se
através de outros
líquidos
Difundem-se
rapidamente
Consistem
de
amontoados
de
partículas
que
estão
próximas
umas das outras
Consistem de partículas
extremamente
desordenadas,
com
muito espaço vazio
entre
elas.
Estas
partículas
têm
movimento aleatório e
rápido.
Apresentam
um
arranjo ordenado de
partículas que estão
muito próximas umas
das outras
Gases
altas
baixas
Estas propriedades podem ser explicadas em termos da teoria cinéticomolecular. De acordo com essa teoria, quando um conjunto de moléculas no
estado gasoso tem sua temperatura diminuída, a energia cinética média
também diminui. A medida que as moléculas aproximam-se umas das outras
as forças de atração entre elas, as chamadas forças intermoleculares;
aumentam. Em determinado ponto, o efeito das forças intermoleculares
superam os da energia cinética. Neste ponto ocorre a condensação da fase
(liquefação). As condições de pressão e temperatura requeridas para a
condensação varia de uma substância a outra porque as forças atrativas são
diferentes.
Forças intermoleculares
Forças intermoleculares são as forças que existem entre as
moléculas. As propriedades físicas relativas ao estado físico da matéria,
dependem em grande parte das forças intermoleculares.
No estado líquido, as forças de atração entre as partículas são grandes, a
ponto de provocar o aparecimento de amontoados desordenados. As
partículas encontram-se tão próximas umas das outras que há poucos
espaços vazios e, desta forma, torna-se muito difícil comprimir um líquido.
Quando um líquido se difunde em outro líquido, dizemos que eles são
miscíveis.
O resfriamento de um líquido diminui ainda mais sua energia cinética,
fazendo com que o movimento das moléculas seja cada vez menor. Se a
temperatura é suficientemente baixa, a uma dada pressão, fortes forças
atrativas de curto alcance superam as energias cinéticas das partículas
fazendo com que as mesmas passem para o estado sólido. A figura a seguir
ilustra esse processo:
As conversões de um estado físico para outro são melhor representadas
por meio dos diagramas de fases. Um diagrama de fase é um tipo de gráfico
que mostra as condições de equilíbrio entre as fases termodinamicamente
distintas, ou seja, mostra a relação de pressão e temperatura entre as
diferentes fases de uma substância pura em um sistema fechado. A seguir,
apresentamos um diagrama de fase genérico.
Os eixos correspondem à pressão e à temperatura. O diagrama de fase
mostra as linhas de equilíbrio ou contornos de fase entre as fases de sólido,
líquido e gás. Reparem que cada estado físico é definido por uma condição e
pressão e temperatura. Portanto, para fazer com uma substância mude de
um estado físico para outro, precisamos variar a pressão ou a temperatura ou
a pressão e a temperatura simultaneamente. Nesta figura, podemos observar
que a curva que vai do ponto A ao ponto C representa as condições de
equilíbrio entre o estado líquido e o estado gasoso. Para que uma substância,
no estado líquido, para o estado gasoso é necessário que a pressão de vapor
pressão de vapor; do líquido se iguale à pressão aplicada ao sistema. Os
estados de pressão e temperatura sobre esta linha correspondem às
condições nas quais líquidos e gás coexistem em equilíbrio. Em pontos acima
dessa linha, isto é nas condições de temperatura e pressão que correspondem
a pontos acima da linha AC, a forma estável da substância é o estado líquido.
Abaixo desse ponto, a substância é um gás.
Pressão de vapor
Pressão exercida por um vapor quando este está em equilíbrio
termodinâmico com o líquido que lhe deu origem. é uma medida da
tendência de evaporação de um líquido. Quanto maior for a sua pressão
de vapor, mais volátil será o líquido, e menor será sua temperatura de
ebulição relativamente a outros líquidos com menor pressão de vapor à
mesma temperatura de referência.
A linha AB representa o estado de equilíbrio entre as fases sólida e
líquida. Precisamente no ponto A, as três fases (sólida, líquida e gasosa)
podem coexistir em equilíbrio. Este ponto recebe o nome de ponto triplo. Em
pressões abaixo do ponto triplo, a fase líquida não pode existir. Ao invés
disso, a substância sólida quando submetida a um aumento de temperatura
muda do estado sólido direto para os estados gasoso, fenômeno que
chamamos de sublimação. Ao longo da linha AD, os estados sólidos e gasosos
coexistem em equilíbrio.
No ponto C, temos a chamada TEMPERATURA CRÍTICA. Acima dessa
temperatura, um gás não pode ser liquefeito, e os estados líquido e gasoso
não podem existir como fases distintas. Uma substância cuja temperatura
encontra-se acima daquela do ponto crítico é chamada de fluido supercrítico.
A combinação da temperatura crítica e pressão crítica são chamadas de
ponto crítico.
A figura a seguir ilustra os processos de mudança de fase, indicando os
nomes dos processos correspondentes.
VERSÃO TEXTUAL
GÁS - SÓLIDO - LÍDUIDO
- Condensação
- Vaporização
- Solidificação
- Fusão
- Sublimação
- Deposição
FONTES DAS IMAGENS
1. http://www.adobe.com/go/getflashplayer
Responsável: Professor Adonay Rodrigues Loiola
Universidade Federal do Ceará - Instituto UFC Virtual