Estados da Matéria: o que são e como se transformam

Por Matheus Durães

Olá, vestibulando! Tudo bem com você?  Este artigo foi feito para você que está se preparando para gabaritar todas as questões do vestibular. Então, seja bem-vindo a mais uma dica de química! Aqui, o objetivo é analisar os principais pontos das temáticas que mais caem no Vestibular. Dessa vez, o Estratégia Vestibulares aborda o que você precisa saber sobre os Estados da Matéria e suas Transformações. Então, vamos nessa! 

Os Estados Físicos da Matéria

A matéria é formada por pequenas partículas denominadas átomos e moléculas. Dependendo da proximidade das partículas que a constitui, é possível determinar o estado de agregação, ou seja, o estado físico da matéria. Veja abaixo quais são os principais: 

• Sólido
• Líquido
• Gasoso

Embora existam outros estados físicos da matéria, eles são estudados apenas em níveis mais avançados. Para o seu vestibular, preste mais atenção aos mais clássicos.

A água é um dos raros materiais no nosso planeta que pode ser encontrado nos três estados. Por isso, vamos usá-la para exemplificar alguns aspectos mais específicos desse assunto. Na tabela abaixo, note as características de forma e volume em cada estado físico da água. Lembre-se que forma e volume são propriedades macroscópicas da matéria. 

Fases da Matéria	Forma	Volume
Sólido	FIXA/CONSTANTE/INVARIÁVEL Maior Rigidez	CONSTANTE
Líquido	VARIÁVEL Não tem a rigidez dos sólidos	CONSTANTE
Gasoso	VARIÁVEL	VARIÁVEL

No estado sólido, as moléculas ficam muito próximas umas das outras. Já no estado líquido, a matéria é, no geral, constituída de partículas mais afastadas. Por isso, corpos líquidos se movimentam de forma mais fluida. O estado gasoso é o que tem o maior distanciamento médio entre as partículas em condições ambiente e, portanto, é o que tem maior movimentação, ou grau de liberdade.

Fonte: Shutterstock

Como podemos ver na imagem, quanto mais agrupadas estiverem as partículas, maior a possibilidade da matéria estar no estado sólido. Da mesma forma, quanto mais distantes e desorganizadas as partículas estiverem, maior a tendência da matéria estar no estado gasoso. Essa dinâmica depende de quatro fatores: Pressão, Temperatura, Velocidade e Forças. 

As Forças que atuam sobre a matéria podem ser de coesão ou repulsão. Ambas são consideradas propriedades microscópicas da matéria. A força de coesão faz com que as moléculas se aproximem uma das outras, por consequência é a força predominante no estado sólido. Já a força de repulsão faz com que as partículas se afastem umas das outras e permaneçam no estado gasoso. 

O fator velocidade diz respeito à energia cinética média das partículas, ou seja, a velocidade de movimento. No estado gasoso, a energia cinética é maior. Com a alta velocidade, as moléculas colidem e se afastam, de modo que ocupam um espaço maior. Por isso, neste estado, a forma e o volume são variáveis. No caso da fase sólida, como as moléculas estão muito próximas uma das outras, a energia cinética média é baixa. 

Com essa explicação geral, procure identificar, no exercício abaixo, em qual estado físico cada matéria se encontra: 

Exercício de Fixação

Coloque (S) para sólido, (L) para líquido ou (G) para gasoso:

( ) Suco
( ) Vapor
( ) Gás hélio
( ) Suor
( ) Água do mar
( ) Álcool
( ) Gelo
( ) Neblina
( ) Tinta
( ) Giz 

Resolução

(L) Suco 
(G) Vapor 
(G) Gás hélio 
(L) Suor 
(L) Água do mar
(L) Álcool 
(S) Gelo 
(G) Neblina 
(L) Tinta 
(S) Giz

Mudanças de Estado Físico

Uma substância química pode se transformar de um estado físico para outro. Para entender, observe o esquema a seguir: 

Fonte: Shutterstock

Cada processo de mudança de estado recebe um nome diferente. São eles: Fusão, Solidificação, Vaporização, Condensação e Sublimação.

Fusão: é a mudança ocasionada pelo aquecimento de uma substância no estado sólido até o estado líquido. O fornecimento de energia ao sistema gera um aumento da temperatura, de tal forma que a matéria alcance o seu ponto de fusão. Exemplo: derretimento do gelo. 

Solidificação: é a passagem do estado líquido para o estado sólido. Acontece por resfriamento (ou arrefecimento) do sistema. A temperatura tende a diminuir até atingir o ponto de congelamento da substância. Exemplo: formação de geleiras.

Vaporização: é a alteração do estado líquido para o estado gasoso por meio do aquecimento. Esse processo subdivide-se em: 

• Evaporação: é quando a transformação do estado físico é muito lenta. Exemplo: roupa molhada secando no varal ou evaporação de rios. 
• Ebulição: é quando a transformação do estado físico ocorre à temperatura de ebulição, que é uma característica específica de cada matéria. A mudança é acompanhada da formação de bolhas. Exemplo: fervura da água. 
• Calefação: consiste na mudança de estado de forma imediata, ou seja, quando o líquido entra em contato com uma superfície aquecida acima de seu ponto de ebulição. Exemplo: pingo de água sobre um ferro quente ou água caindo sobre uma chapa metálica muito quente.

“O ponto de ebulição, também chamado de temperatura de ebulição, é a temperatura na qual uma substância se transforma do estado líquido para o estado gasoso.”

Liquefação/Condensação: A liquefação é a passagem do gás para o estado líquido. Já a condensação é a transformação do vapor para o estado líquido. Então, liquefação e condensação não são sinônimos. É necessário, em ambas, diminuir a temperatura para que ocorra a mudança de estado físico. Porém, na liquefação é preciso diminuir a temperatura e aumentar a pressão, simultaneamente. Ao passo que, para ocorrer a condensação, é preciso aumentar a pressão ou diminuir a temperatura, separadamente. 

Um exemplo de liquefação é quando a água é aquecida e seu vapor entra em contato com a tampa da panela que, por apresentar uma temperatura mais baixa, acumula água em sua superfície. Já na condensação, um exemplo clássico é o gás de cozinha. Atente-se para não confundir gás com vapor (GÁS é diferente de VAPOR). O vapor é o estado momentâneo que uma substância líquida assume, como, por exemplo, o vapor d’ água. Já o gás é toda substância que se encontra no estado gasoso permanente, tais como: os gases oxigênio, nitrogênio e carbono. 

Sublimação: é quando o estado sólido passa direto para a estado gasoso por meio de aquecimento ou, de forma oposta, quando o estado gasoso passa para o sólido por resfriamento. Exemplos: naftalina e gelo seco.  

Outro ponto cobrado nas provas de vestibulares são os processos endotérmicos e exotérmicos. Eles estão presentes tanto em transformações químicas, as reações, quanto em mudanças de estados físicos. Nos processos exotérmicos, o meio é aquecido e o sistema perde calor. Já nos processos endotérmicos, o sistema tende a ganhar calor e o meio resfria-se. 

Levando-se em consideração esses aspectos, podemos concluir que a solidificação e a condensação são processos exotérmicos. A fusão, a vaporização e a sublimação, por outro lado, são processos endotérmicos.

Estados da Matéria no Vestibular

CAI NA PROVA

1. (SEDUC –2016)  A imagem abaixo representa o modelo cinético molecular dos diferentes estados de agregação das moléculas da água.

De acordo com esse modelo, no estado físico sólido, as moléculas estão: 

 a) Agitadas
b) Distantes
c) Espessas
d) Livres
e) Organizadas

Comentários: As moléculas do estado gasoso estão dispersas, distantes e desorganizadas. Isso porque as moléculas estão mais agitadas e ocupam um volume maior. Já as moléculas do estado sólido ficam muito próximas uma das outras e, consequentemente, bem organizadas. Gabarito E.

2. (SEDUCE–2010) Segundo André Guinier (1999), a matéria é constituída por partículas de base do modelo. Um conjunto dessas partículas (átomos ou moléculas) caracteriza a matéria, que, de acordo com o autor, se apresenta em apenas dois estados: ordenado e desordenado. Considerando essas ideias e como as moléculas se comportam em termos de distância intermolecular, pode-se dizer que os estados sólido, líquido e o gasoso são, respectivamente:

a. ordenado, desordenado e ordenado.
b. desordenado, ordenado e ordenado.
c. ordenado, desordenado e ordenado.
d. desordenado, desordenado e ordenado. 

Comentários: em regra, no estado sólido o volume é constante, logo as moléculas estão ordenadas. Como na fase líquida e gasosa as partículas formam um volume variável, podemos concluir que a distância intermolecular entre elas é desordenadas. Gabarito C. 

3. (UFMT – 2017) Um fenômeno interessante pode ocorrer quando pequenas gotas de um líquido são submetidas a um aquecimento intenso e repentino. Por exemplo, ao pingar gotas de água sobre uma chapa muito quente, o líquido é imediatamente aquecido, formando-se uma camada de vapor entre cada gota e a chapa. Então as gotas deslizam sobre a chapa e emitem um ruído característico enquanto vaporizam. Esse fenômeno de mudança de estado físico é chamado:

a) Evaporação.
b) Vaporização.
c) Calefação.
d) Sublimação

Comentários: Calefação consiste na mudança de estado muito rápido, de forma imediata, ou seja, quando o líquido se aproxima de uma superfície bem quente. É instantânea a mudança de estado. Gabarito C. 

a) A alternativa “a” está incorreta. Na evaporação, a transformação é muito lenta.
b) A alternativa “b” está errada. Vaporização engloba a evaporação, calefação e ebulição. Está muito abrangente.
c) É o gabarito. 
d) A alternativa “d” está errada. Sublimação é a mudança do sólido para o gasoso ou vice-versa. O líquido não faz parte do processo.

4. (IF –BA– 2014) Nos dias atuais, ainda são usadas para espantar traças e baratas, bolinhas de naftalina nos guarda-roupas e gavetas. Com o passar do tempo, essas bolinhas diminuem de tamanho. Esse fenômeno é uma mudança de estado físico chamada de: 

a) Condensação
b) Fusão
c) Evaporação
d) Sublimação
e) Solidificação 

Comentários: Sublimação é quando o estado sólido passa direto para a fase gasosa, por aquecimento; ou oposto, tido por resfriamento. Exemplos: naftalina e gelo seco. Gabarito D.

a) Alternativa incorreta. Condensação é a mudança do estado gasoso para a fase líquida.
b) Alternativa incorreta. A fusão é a mudança do estado sólido para a fase líquida.
c) Alternativa incorreta. A evaporação é a mudança do estado líquido para a fase gasosa.
d) Gabarito.
e) Alternativa incorreta. É a mudança do estado líquido para a fase sólida.

CONSTITUIÇÃO QUÍMICA DOS SERES VIVOS

Constituição química dos seres vivos

Aguá

Uma característica comum a todos os seres vivos é a sua constituição química, estando divididos em dois grupos: componentes inorgânicos e componentes orgânicos. Algumas dessas substâncias, como água, sais minerais e algumas vitaminas, necessitamos de obter através da nossa alimentação, por isso, é necessária uma alimentação balanceada e adequada. Ao analisarmos os elementos químicos presentes nas substâncias essenciais, percebemos a predominância de certos elementos químicos como o carbono (C), hidrogênio (H), nitrogênio (N), fósforo (P) e enxofre (S), estando presente em cerca de 98%da massa corporal da maioria das espécies biológicas.

Quando não se contava com os conhecimentos atuais, há mais de 2,000 anos,  sobre o surgimento da vida e da composição química dos organismos, o filósofo grego Tales afirmou que a água é a origem de todas as coisas vivas. Em 1913, o bioquímico Lawrence Henderson disse que a água é a substância mais adequada para sustentar a vida, evidenciando nos termos de que os seres vivos são constituídos principalmente por água (cerca de 75%) e sua existência também depende dessa substância, sendo ela quem permite o transporte de substâncias para o funcionamento das células.  Como a água está presente em abundância nos seres vivos, se deduz que ela é excrescencial e base de vida. Além disso, a água tem a função de regular a temperatura corporal e facilita reações químicas por ser um solvente natural e universal, tendo capacidade de dissolver a maioria das substâncias. A água é uma substância hidrofílica, que se mistura, em  meio para ocorrer hidrólise (quebra), regula temperatura , alto calor específico, equilíbrio osmótico, dentre outras . Para controlar a temperatura, o corpo produz e libera o suor, que é sintetizado pela glândula sudorípara e começa a ser produzido quando o corpo tem a sua temperatura elevada, ficando acima dos 37°C. Ao ser liberado na superfície do corpo, o suor inicia um processo de evaporação. Durante esse processo, ocorre a liberação de energia calorífica e, consequentemente, o corpo esfria.

Desidratação

A desidratação é um problema grave e pode representar um grave risco de vida para as pessoas, que leva à morte todos os anos, sendo normalmente as crianças as mais acometidas. As causas são variadas, entretanto, na maioria dos casos, o problema relaciona-se com diarreias agudas. Outras causas que podem ser descritas são ingestão insuficiente de líquidos, vômitos intensos, transpiração excessiva, uso exagerado de diuréticos, queimaduras intensas e hemorragias. Todas as reações metabólicas do corpo humano ocorrem em meio aquoso. Sem água, não ocorreriam reações. Por isso, quando a desidratação é grave e diminui a quantidade de água, pode dificultar as reações. É claro que uma desidratação, por mais grave que seja, não vai zerar a água do corpo impedindo completamente as reações.

Carboidratos

Os carboidratos utilizados pelos vegetais seres autótrofos, chamados de açúcares naturais, são produzidos no processo de fotossíntese, com a produção da glicose, já nos animais, que são seres heterótrofos, eles precisam ingerir vegetais para conseguirem obter esses açúcares. Se a produção dos açúcares naturais fosse comprometida ou acabasse, a vida na Terra seria extinta, uma vez que são fontes de energia e todos os seres vivos dependem deles para a sobrevivência.

Lipídios

 Estocar substâncias ricas em energia é uma propriedade importante dos seres vivos, e 1g de lipídio libera mais de duas vezes a quantidade de energia contida na mesma massa de carboidrato. Os animais gastam muita energia na locomoção e os lipídios constituem seus principais estoques de energia, nas plantas, as sementes estruturas relativamente pequenas são ricas em lipídios e ao servirem de alimento para alguns animais podem ser levadas para locais distantes da planta mãe, numa situação desta, onde frutos e sementes, por adaptação energética, estocam lipídeos, o embrião precisará de energia pra crescer e brotar, para tanto, utiliza a energia dos lipídios armazenados, contidos no endosperma da semente, logo servirão de base energéticas na hora da germinação e conforme desenvolve realiza a fotossíntese. os lipídeos armazenados nos grãos estão contidos no endosperma . O estoque de lipídios nos animais  em geral, são maiores do que o de carboidratos, uma vez que os carboidratos envolve a função de reserva energética, sabendo-se que os lipídios são capazes de armazenar mais energia em suas moléculas, o organismo sempre prioriza a reserva destes, de forma a expandir o estoque, tornando-o muito maior do que a própria reserva de carboidratos.

A  obesidade é um problema de saúde afetando a qualidade de vida, cada vez mais frequente em determinadas populações. Além disso, sabe-se que há relação entre obesidade e lipídios. Os lipídios constituem uma classe de compostos bastante heterogênea, atuando na antioxidação,  uma reação na qual se oxida um ácido graxo insaturado, atua na Esterificação, uma reação na qual um ácido graxo se une a um álcool, através de uma ligação covalente e Saponificação,  uma reação na qual um ácido graxo se une a uma base dando um sal de ácido graxo, liberando uma molécula de água. Os depósitos lipídicos são compostos principalmente por ácidos graxos, uma de duas grandes funções está relacionada a um recurso de ATP(Molécula De Energia), portanto, em casos de necessidade de energia, podemos encontrá- las nos alimentos que contém lipídios.

Professora Maria Alves