Quais são os Estados da Matéria? Sólido, líquido, gasoso e plasma

Pegue um cubo de gelo, aqueça e você tem água; continue e vira vapor. As mesmas moléculas de H₂O o tempo todo. Um estado da matéria não é outra substância — é outro jeito de as mesmas partículas se comportarem.

Esta matéria descreve os estados da matéria no nível das partículas, as mudanças de estado entre eles, por que a temperatura para enquanto o gelo derrete, como funciona um diagrama de fases e como os gases seguem a lei dos gases ideais.

A visão das partículas

Toda matéria é feita de partículas que estão sempre em movimento e que se atraem. O estado depende da disputa entre essas duas coisas: a energia térmica afastando as partículas e as forças intermoleculares segurando-as juntas.

Sólidos, líquidos e gases

Num sólido, as partículas ficam travadas em posição. Nos sólidos cristalinos, como sal, gelo ou metais, elas formam um retículo regular que se repete; nos amorfos, como o vidro, ficam congeladas em desordem.

Num líquido, as partículas estão quase tão próximas quanto num sólido, mas podem passar umas pelas outras, então o líquido escoa. As atrações ainda pesam: causam a tensão superficial, que deixa um inseto andar sobre a água.

Num gás, as partículas estão longe umas das outras — no ar em condições ambiente, em média uns dez diâmetros moleculares — e se movem a centenas de metros por segundo. Gases são quase todo espaço vazio, por isso se comprimem com facilidade.

Plasma, o quarto estado

Aqueça bastante um gás, ou aplique um campo elétrico forte, e os elétrons são arrancados dos átomos. O resultado é o plasma: uma mistura de íons positivos e elétrons livres que conduz eletricidade e brilha. Estrelas, raios, auroras e letreiros de neon são plasma — em massa, é o estado mais comum da matéria comum no universo.

Mudanças de estado

Enquanto o gelo derrete, o termômetro fica parado em 0 °C, mesmo com o aquecimento contínuo. A energia, chamada calor latente, vai para quebrar as atrações entre as moléculas em vez de acelerá-las. A água precisa de 334 J por grama para derreter e 2 260 J por grama para ferver — por isso queimaduras de vapor são tão graves.

O ponto de ebulição depende da pressão. No alto de uma montanha, com menos ar pressionando, a água ferve abaixo de 100 °C e o macarrão demora mais; a panela de pressão aumenta a pressão e leva a ebulição a cerca de 120 °C.

Diagramas de fase

Um diagrama de fases mostra qual estado é estável em cada temperatura e pressão. As linhas marcam as condições em que dois estados convivem. Dois pontos especiais:

• Ponto triplo: a única temperatura e pressão em que sólido, líquido e gás coexistem — para a água, 0,01 °C a 611,657 Pa.
• Ponto crítico: acima dele, líquido e gás não se distinguem mais e a substância vira um fluido supercrítico — usado, por exemplo, para descafeinar café com CO₂.

Gases e a lei dos gases ideais

Como as partículas de gás estão longe umas das outras, a maioria dos gases se comporta de forma parecida e segue uma única equação, a lei dos gases ideais:

Aqueça um gás fechado e a pressão sobe (por isso latas de aerossol alertam contra calor); comprima e a pressão também sobe. A calculadora de gás ideal resolve qualquer uma entre P, V, n e T. A temperatura sempre em kelvin.

Equívocos comuns

“As bolhas da água fervendo são ar.”

São vapor d’água. O ar dissolvido sai antes, nas bolhinhas que aparecem antes da fervura.

“As partículas de um sólido não se movem.”

Elas vibram o tempo todo. Só no zero absoluto (0 K) esse movimento chegaria ao mínimo.