Comparação Molecular de Gases, Líquidos, e Sólidos

As partículas em um sólido estão firmemente compactadas (forma fixa) e arranjadas frequentemente em um padrão regular; em um líquido, estão juntas sem nenhum arranjo regular (sem forma fixa); em um gás, elas estão distantes sem nenhum arranjo regular (sem forma fixa). As partículas em um sólido vibram em posições fixas (não podem fluir) e geralmente não se movem em relação umas às outras; em um líquido, elas movem-se umas através das outras (podem fluir) mas permanecem em contacto essencialmente constante; em um gás, elas movem-se de forma independente umas das outras (podem fluir e expandir) excepto quando colidem.

As diferenças nas propriedades de um sólido, líquido, ou gás refletem as forças de atração entre os átomos, moléculas, ou iões que compõem cada fase. A fase em que uma substância existe depende das extensões relativas das suas forças intermoleculares (FIMs) – forças eletrostáticas de atração existentes entre os átomos e moléculas de uma substância – e as energias cinéticas (KE) das suas moléculas. Embora as FIMs sirvam para manter as partículas juntas, a KE das partículas fornece a energia necessária para superar a atração e aumentar assim a distância entre as partículas. Por exemplo, em um líquido, as forças intermoleculares de atração mantêm as moléculas em contacto, embora ainda tenham KE suficiente para se movimentarem através umas das outras. Devido a isso, os líquidos fluem e tomam a forma do seu recipiente.

De acordo com a teoria cinética molecular (KMT), a temperatura de uma substância é proporcional à KE média das suas partículas. A alteração da energia cinética média (temperatura) induz alterações no estado físico, juntamente com alterações associadas nas forças intermoleculares. Por exemplo, quando a água gasosa é suficientemente arrefecida, ou a energia cinética média das moléculas é reduzida, a atração aumentada entre as moléculas de H₂O será capaz de as manter juntas quando entrarem em contacto umas com as outras; o gás condensa, formando H₂O líquida.   Quando H₂O líquida é ainda mais arrefecida, as forças de atração tornam-se mais fortes, e a água congela para formar gelo sólido.

Nos casos em que as temperaturas não são demasiado elevadas, os gases podem ser liquefeitos por compressão (alta pressão). Os gases apresentam forças de atração muito fracas devido às quais as partículas se espalham a grandes distâncias. A pressão aumentada aproxima as moléculas de um gás, de modo que as atrações entre as moléculas tornam-se fortes em relação à sua KE. Consequentemente, formam líquidos. O butano, C₄H₁₀, é o combustível utilizado em isqueiros descartáveis e é um gás à temperatura e pressão padrão. Dentro do compartimento de combustível do isqueiro, o butano é comprimido a uma pressão que resulta na sua condensação para o estado líquido. Além disso, se a temperatura de um líquido se tornar suficientemente baixa ou se a pressão sobre o líquido se tornar suficientemente alta, as moléculas do líquido já não têm KE suficiente para superar as FIMs entre elas e forma-se um sólido.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Chapter 10: Liquids and Solids.