Os Estados da Matéria

Quais são os estados da materia? Neste artigo, iremos falar sobre os quatro principais estados da matéria (sólido, líquido, gasoso e plasma), e ainda sobre um outro estado da materia, o Condensado de Bose-Einstein, Além disso, suas propriedades, aplicações e exemplos.

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Conceito de Matéria

A matéria pode ser definida como sendo tudo o que tem massa e ocupa espaço; constitui átomos e compostos, que compõem propriedades físicas e químicas.

Quais são os Estados da Matéria

Os estados da matéria referem-se às formas físicas que a matéria pode assumir. Existem três estados principais da matéria: sólido, líquido e gasoso. O estado de uma substância depende de sua temperatura e pressão. Por exemplo, à temperatura e pressão ambiente, a água é um líquido, mas se for aquecida a uma temperatura alta o suficiente, ela se tornará um gás (vapor) e se for resfriada a uma temperatura baixa o suficiente, ela se tornará um sólido. (gelo). 

O comportamento da matéria também muda dependendo do seu estado. Os sólidos têm forma e volume fixos, enquanto os líquidos têm volume fixo, mas podem assumir a forma de seu recipiente, e os gases não têm forma nem volume fixos. As propriedades de uma substância, como densidade, condutividade e viscosidade, também variam dependendo do estado da matéria.

Outros estados da matéria também existem. Estes incluem  Plasma  (um estado da matéria semelhante a um gás, mas contém elétrons e íons em movimento livre - átomos que perderam elétrons) e Condensados ​​de Bose-Einstein (ondas de matéria que podem ocorrer com alguns tipos de átomos em super temperaturas frias).

Sólidos

No estado sólido, as partículas estão bem compactadas em um arranjo fixo. Devido às fortes ligações que os mantêm juntos, as partículas de um sólido só são capazes de se mover para frente e para trás em pequenas vibrações; em outras palavras, eles permanecem em suas posições fixas. Como resultado, os sólidos têm a menor energia cinética de todos os estados da matéria.

As partículas estão ligadas em uma estrutura geométrica organizada. Os materiais presentes e as condições nas quais um sólido é criado determinam se ele será um sólido cristalino ou amorfo. Normalmente, quando as condições são estáveis ​​(como resfriamento/aquecimento lento e gradual), as partículas têm a chance de se alinhar uniformemente. No entanto, quando há mudanças extremas e rápidas de temperatura, o resultado mais provável é um sólido com formato indefinido.

Os sólidos têm forma e volume definidos, o que significa que têm uma posição fixa e não se conformam com a forma do recipiente. Como suas partículas são tão densamente compactadas, os sólidos tendem a ter alta densidade e são difíceis de comprimir ainda mais sem o uso de grande força externa.

Classes de Sólidos

Com diferentes tipos de forças e ligações entre as partículas, existem diferentes classes de sólidos. Essas classes incluem metais, minerais, (vidro) cerâmica, moléculas orgânicas, materiais compostos, semicondutores, nanomateriais e biomateriais. Devido às diferentes interações de força, essas categorias de sólidos têm diferentes propriedades físicas e químicas. Essas propriedades incluem elasticidade, condutividade, transmitância de luz, plasticidade e muito mais.

Líquidos

No estado líquido, as partículas têm mais liberdade para fluir umas sobre as outras, pois são compactadas de forma mais fraca do que no sólido. Devido às forças mais fracas que mantêm suas partículas unidas, os líquidos se adaptam à forma de seu recipiente. No entanto, a interação é forte o suficiente para manter as partículas atraídas umas pelas outras. Como resultado, os líquidos são incompressíveis; isso significa que os líquidos têm um volume fixo (não importa a forma de seu recipiente), desde que a temperatura e a pressão sejam mantidas constantes. Como há mais movimento de partículas do que dentro de um sólido, os líquidos têm um valor de energia cinética mais alto.

Os sólidos, quando aquecidos além do ponto de fusão, podem absorver energia térmica, o que faz com que as partículas se movam. Uma vez que energia suficiente tenha entrado no sistema para enfraquecer as forças que as mantêm fixas, as partículas terão mais movimento à medida que passam para o estado líquido. Algumas propriedades a serem observadas ao pesquisar líquidos são flutuabilidade, tensão superficial, fluidez e densidade.

Gases

No estado gasoso, as partículas têm ainda mais liberdade de movimento do que no líquido. Aqui, as partículas podem se mover em direções aleatórias sem se atrair. As moléculas têm energia cinética suficiente para que as forças intermoleculares que as mantêm juntas sejam desprezíveis. Como os líquidos, os gases não têm uma forma definida; portanto, eles também se adaptam à forma de seu recipiente. No entanto, ao contrário dos líquidos, os gases são compressíveis – eles não têm um volume fixo; isso significa que as partículas de gás se espalharão para preencher o recipiente em que estão.

Plasmas

Este estado pouco conhecido da matéria é um subconjunto de gases. Semelhante aos gases, os plasmas não têm forma ou volume definidos e têm densidade menor. No entanto, enquanto os gases são compostos de moléculas com carga líquida zero, os plasmas são compostos de partículas carregadas. Eles consistem em um mar de elétrons em movimento livre com núcleos carregados positivamente “flutuando”. Como resultado, os plasmas podem conduzir cargas elétricas e interagir com outras forças eletromagnéticas.

Um plasma pode se tornar um gás. Ao expor o plasma a condições de alta temperatura, os elétrons deixam os átomos, resultando em elétrons livres. Como apenas alguns elétrons estão livres, isso é chamado de plasma parcialmente ionizado. Em algumas condições extremas, pode-se assumir que todos os elétrons estão livres; isso é chamado de plasma totalmente ionizado.

Exemplos de Plasmas

Uma camada da atmosfera da Terra conhecida como ionosfera é considerada um plasma. Relâmpagos no céu e letreiros de néon nas ruas da cidade são outros exemplos de plasma.

Condensado de Bose-Einstein

Em 1995, os cientistas demonstraram um outro estado da matéria: o condensado de Bose-Einstein. É um grupo de átomos resfriados próximo ao zero absoluto (-273,15°C). A esta temperatura, os átomos não têm energia livre para se moverem uns em relação aos outros. Portanto, eles começam a se fundir em um único estado quântico e se tornam idênticos, comportando-se como um único átomo. Os condensados ​​de Bose-Einstein desempenham um papel importante no desenvolvimento de lasers energeticamente eficientes e interruptores ópticos ultrarrápidos.

Dados de distribuição de velocidade confirmando
a descoberta de um novo estado da matéria,
o Condensado de Bose-Einstein, a partir de
um gás de Rubídio - Wikipédia.