Como explicar a passagem do estado gasoso para o líquido e do estado líquido para o sólido? Como explicar a liberação de calor, visto que é uma reação exotérmica.
Mudanças de Estado Físico: Gasoso para Líquido e Líquido para Sólido
A mudança de estado físico da matéria envolve a alteração da organização das partículas que a compõem, passando de um estado para outro. No caso específico da passagem do estado gasoso para o líquido (condensação) e do estado líquido para o sólido (solidificação), podemos explicar o processo da seguinte maneira:
1. Condensação (Gasoso para Líquido):
- Movimento das Partículas: No estado gasoso, as partículas da substância estão em constante movimento aleatório, com alta energia cinética e grande espaçamento entre si. Durante a condensação, a temperatura do gás diminui, o que leva à redução da energia cinética das partículas. Consequentemente, elas se aproximam umas das outras e são atraídas por forças intermoleculares, principalmente as pontes de hidrogênio e as forças de Van der Waals.
- Ligação Intermolecular: Essa atração aumenta a coesão entre as partículas, fazendo com que elas se agrupem e percam o movimento livre e caótico característico do estado gasoso. As partículas condensadas se organizam em um arranjo mais compacto, formando um líquido.
- Liberação de Calor: A condensação é um processo **exotérmico**, ou seja, libera calor para o meio ambiente. Essa liberação ocorre porque a formação de ligações intermoleculares entre as partículas libera energia. A quantidade de calor liberada durante a condensação é conhecida como calor de condensação.
2. Solidificação (Líquido para Sólido):
- Organização das Partículas: No estado líquido, as partículas da substância ainda possuem certo grau de liberdade de movimento, mas estão mais próximas umas das outras do que no estado gasoso. Durante a solidificação, a temperatura do líquido diminui ainda mais, o que leva a uma redução ainda maior da energia cinética das partículas.
- Estrutura Cristalina: As partículas com menor energia cinética se posicionam em um arranjo ordenado e rígido, formando uma estrutura cristalina. Essa estrutura é caracterizada por um padrão de repetição tridimensional das partículas, com ligações intermoleculares fortes entre elas.
- Liberação de Calor: A solidificação também é um processo **exotérmico**, liberando calor para o meio ambiente. Essa liberação ocorre porque a organização das partículas em uma estrutura cristalina libera ainda mais energia do que a condensação. A quantidade de calor liberada durante a solidificação é conhecida como calor de solidificação.
Exemplos:
- Condensação: O vapor de água se transforma em água líquida quando esfria, como nas nuvens que se formam e liberam chuva.
- Solidificação: A água se transforma em gelo quando congela, como na formação de gelo em um lago ou na produção de gelo para consumo.
Fatores que Influenciam as Mudanças de Estado:
- Temperatura: A temperatura é o principal fator que influencia as mudanças de estado. Quanto menor a temperatura, maior a probabilidade de condensação e solidificação.
- Pressão: A pressão também pode influenciar as mudanças de estado, mas em menor grau. Aumentar a pressão pode dificultar a condensação e a solidificação.
Imagine um aglomerado de moleculas. Essas moleculas se movem no espaço a depender da temperatura do sistema. Quando a temperatura aumenta, as moleculas se movem rapidamente e as forças intermoleculares (atração entre as moleculas) são superadas, deixando as moleculas muito distantes uma das outras (estado gasoso). Porém, quando a temperatura diminui, ou seja, a substância gasosa perde energia térmica, suas moleculas voltam a se agrupar e a atração entre as moleculam voltam a predominar, ou seja, a substância agora está no estado líquido. Esse preocesso é chamado de condesação. A liberação de calor ocorre durante essa transição de fase, porque as moleculas liberam energia na forma de calor à medida que se agrupam. Como elas liberam essa energia para o ambiente em forma de calor, chamamos essa reação de exotérmica.
Se as moleculas de um liquido, que estão proximas umas das outras, mas não tão compactadas, perdem muita energia devido a diminuição drástica da temperatura, a tendencia é que essas moleculas fiquem cada vez mais próximas, mais compactas, umas nas outras a ponto de não conseguirem mais "se mexer" dentro do sistema. Essa conformação é conhecida como estado sólido. Como nesse processo também há a liberação de calor, esse processo também é exortérmico.
Olá,
Em primeiro lugar, deve ficar claro que mudanças de estado são fenômenos físicos, que diferentemente das reações químicas, não envolvem mudanças na composição química do componentes envolvidos. Em outras palavras, o vapor se transforma em líquido mas não deixa de ser água, diferente de uma reação química de combustão por exemplo, onde a queima de um combustível libera calor e provoca a formação de outros gases.
O que difere os estados da matéria é o grau de agitação (energia cinética) e as forças interação entre as moléculas (energia potencial), que iremos chamar de energia interna.
Quando o vapor se transforma em líquido através de um processo físico de condensação (transição de fase), as moléculas de vapor perdem energia cinética. Além disto, a formação de líquido envolve diminuição da energia potencial do sistema por conta da formação de ligações intermoleculares e consequentemente a diminuição da distância entre as moléculas. A energia é liberada para o ambiente, algo que caracteriza um processo exotérmico.
Isto explica a sensação de calor que sentimos dentro do banheiro após um banho quente. Algo que pode ser compreendido como uma consequência da energia da condensação do vapor sendo liberada para o ambiente (processo exotérmico).
No sentido oposto, quando queremos tranformar líquido em vapor devemos fornecer calor ao sistema (endotérmico). É isto que acontece quando colocamos água em uma panela sobre o fogão, parte da água evapora com o passar do tempo.
Espero ter sido claro!
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