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11.1:

Comparação Molecular de Gases, Líquidos, e Sólidos

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Chemistry
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Molecular Comparison of Gases, Liquids, and Solids

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Toda a matéria é composta por um número muito elevado de moléculas que se movem em um movimento constante e aleatório. Mesmo no gelo e nos metais, os átomos ainda se movem. Existem três diferentes estados da matéria:sólidos, líquidos e gasosos.Em todos estes estados as moléculas, átomos ou íons estão em movimento com uma quantidade de energia cinética, que determina o estado da matéria. No estado gasoso, as moléculas têm uma energia cinética elevada. As moléculas de alta energia passam rapidamente um pelo outro e estão amplamente separados, tornando-se mais difícil para eles cruzam-se frequentemente.Como resultado, as forças atrativas nos gases são fracas. Com esta força de atração insignificante, os gases não têm volume ou forma definida e expandem-se livremente para preencher o volume total do seu recipiente. Com muito espaço em torno das moléculas, os gases têm densidades baixas tornando-se fáceis de comprimir.Quando os gases são comprimidos ou refrigerados, a sua energia cinética é reduzida e, consequentemente as moléculas abrandam. As moléculas passam umas pelas outras com mais frequência e aproximam-se mais. Isto aumenta a quantidade de forças intermoleculares e transforma o gás em estado líquido.As moléculas dentro dos líquidos estão ligadas por uma força atrativa mais forte, deixando pouco espaço à sua volta. Assim, os líquidos são mais densos do que os gases os tornando difíceis de comprimir. Um líquido também tem um volume definido e assume a forma do recipiente.Apesar de forças mais atrativas, as moléculas nos líquidos ainda podem mover-se livremente umas sobre as outras, e assim os líquidos podem fluir ou ser vertidos. Quando posteriormente os líquidos são arrefecidos, a energia cinética reduz-se a um ponto em que as partículas quase param de se movimentar devido às fortes forças intermoleculares e só podem vibrar na sua posição fixa. Nesta altura, as moléculas transformam-se num estado de conformação tridimensional chamado de sólido.Em qualquer sólido, as moléculas estão densamente embaladas, não deixando quase nenhum espaço vazio à sua volta. Assim, os sólidos são incompressíveis, tendo um volume e forma definidos.

11.1:

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.