Formas da matéria (com base em propriedades microscópicas)
No dia a dia, frequentemente nos deparamos com três formas diferentes de matéria: sólidos (como rochas, ferro, etc. ) , líquidos (água, gasolina, etc. ) e gases (ar, etc. ) . Essas três formas de matéria podem ser distinguidas com base em sua capacidade de manter sua forma e tamanho (por tamanho, entendemos volume).
Os sólidos geralmente mantêm forma e volume fixos. Os líquidos não mantêm forma fixa, mas adaptam sua forma ao recipiente em que estão. Por exemplo, se colocarmos água em um copo, sua forma se altera para a de um copo. Se colocarmos água em uma banheira, sua forma também se altera para a de uma banheira. Se colocarmos água em um saco plástico com furo, a água vai derramar... hehe ... O volume de um líquido geralmente permanece constante. Se um copo de água for colocado em uma banheira , o volume da água permanece o mesmo que o do copo. A forma da água pode mudar, mas seu volume nunca muda. É importante notar que o volume de sólidos e líquidos só pode mudar se uma força muito grande for aplicada.
E quanto aos gases? Os gases não têm forma nem volume fixos. Sua forma e volume sempre se adaptam à forma e ao volume do recipiente que os contém. Por exemplo, se colocarmos gasolina na câmara de ar de um carro, a forma do gás muda, assim como a da câmara. O mesmo acontece com o seu volume. Dentro do pneu, o gás se expande para preencher todo o espaço . Nesse caso, o volume do gás muda, assim como o volume do pneu. Se enchermos um balão (colocarmos ar dentro dele), a forma e o volume do ar mudam, assim como a forma e o volume do balão.
Até agora, diferenciamos os três estados da matéria apenas com base em suas propriedades macroscópicas (propriedades macroscópicas = forma e tamanho da substância). Claro, isso se baseia nos resultados de nossas medições e observações diárias. Veremos as diferenças entre os três estados da matéria com base em suas propriedades microscópicas. Toda substância é composta de átomos ou moléculas. Quando dizemos que uma rocha é sólida, nunca sabemos o que acontece com os átomos ou moléculas dentro da rocha que a tornam sólida. O mesmo acontece com a água ou o ar. O que há nos átomos ou moléculas que compõem a água que torna o estado líquido da água e do ar invisível?
Formas da matéria baseadas em propriedades microscópicas
Antes de discutirmos as diferenças entre sólidos, líquidos e gases com base em suas propriedades microscópicas, vamos primeiro abordar o seguinte . Consideremos um objeto. Por exemplo, uma pedra... Se observarmos uma pedra atentamente, veremos que cada parte dela está unida. Mesmo quando chutada e arremessada, sua forma e tamanho nunca mudam (a menos que seja submetida a uma força muito grande). Normalmente, todas as partes da pedra permanecem sempre como uma unidade. Por que isso acontece? Vamos pensar um pouco...
Deu na pedra há Átomos ou moléculas. Agora tente imaginar… Imagine uma rocha. Imagine que a rocha é composta de pedaços minúsculos. Divida os pedaços de rocha em pedaços cada vez menores… até que atinjam o tamanho de átomos ou moléculas. Imagine os átomos como pequenas bolas. Enquanto as moléculas consistem em várias bolas grudadas umas nas outras.
Então , as rochas contêm muitas moléculas ou átomos que são muito pequenos. Você consegue imaginar os átomos nas rochas?
O diâmetro de um único átomo é de cerca de 10⁻¹⁰ m. Se você imaginar um átomo como uma bola, o diâmetro dessa bola é de 10⁻¹⁰ metros . É tão pequeno que não pode ser visto a olho nu... você só pode imaginá-lo. As moléculas são átomos unidos, portanto, são maiores que os átomos. Mas as moléculas também não podem ser vistas a olho nu...
É estranho, não é, que esses minúsculos átomos ou moléculas possam estar unidos em uma única unidade? Se os átomos ou moléculas não estivessem unidos, é claro que cada parte da rocha não se manteria unida. Na verdade, cada parte da rocha se mantém unida para que a rocha se torne sólida. Por que os átomos ou moléculas não se separam?
Certamente, os átomos ou moléculas se atraem. Se não se atraíssem, é claro que se dispersariam por toda parte. Cada átomo ou molécula se despediria do seu companheiro. Assim, os fragmentos de rocha ficariam espalhados por todo lado. Os fragmentos de rocha também se dispersariam e, eventualmente, não seríamos mais capazes de vê-los. Os fragmentos de rocha também são compostos de átomos ou moléculas. O tamanho dos átomos é muito pequeno, então, se fossem separados, é claro que não seríamos capazes de vê-los... Mas a realidade não é bem assim.
A rocha parece sólida, com cada pedaço de rocha unido ao outro. Portanto, podemos concluir que os átomos ou moléculas que compõem um objeto sólido devem se atrair mutuamente.
A força de atração entre átomos ou moléculas é, na verdade, uma força eletromagnética. A existência dessa força de atração faz com que os átomos ou moléculas se aproximem uns dos outros. Quando estão prestes a colidir , os elétrons na camada mais externa dos átomos ou moléculas se repelem (repulsão elétrica). Essa repulsão faz com que os átomos e moléculas se movam para trás. Mesmo se movendo para trás, devido à força de atração, eles se aproximam novamente. E assim por diante… Os átomos ou moléculas se movem para frente e para trás (vibram), mantendo uma distância mínima.
A diferença entre sólidos, líquidos e gases, com base em propriedades microscópicas, reside na intensidade das forças de atração entre os átomos ou moléculas que compõem essas três substâncias.
Sólido
Nos sólidos, as forças de atração entre os átomos ou moléculas são tão fortes que os átomos ou moléculas que compõem o sólido permanecem sempre em posições fixas. Os átomos ou moléculas nos sólidos movem-se para frente e para trás (vibram), mas sempre vibram na mesma posição.
A forte atração entre os átomos ou moléculas que compõem um sólido é a razão pela qual a forma e o volume de um sólido permanecem sempre os mesmos. Embora arremessado ou atingidoA forma de uma rocha ou de um pedaço de ferro é difícil de alterar porque as forças de atração entre os átomos ou moléculas são muito fortes. Quando você coloca uma rocha ou um pedaço de ferro em um balde ou banheira, seu volume nunca muda. Portanto, as fortes forças de atração entre os átomos ou moléculas que compõem um sólido são o que os mantém unidos e preservam sua aparência sólida.
Em geral, as posições dos átomos ou moléculas que compõem um sólido são aproximadamente como mostrado na figura (também conhecida como rede cristalina). Esta figura está ampliada. Os átomos ou moléculas são muito pequenos.
Líquido
Nos líquidos, as forças de atração entre os átomos ou moléculas são menos intensas, permitindo que se movam livremente, sobrepondo-se uns aos outros. Os átomos ou moléculas que compõem os líquidos podem se mover como quiserem, mas não podem se separar uns dos outros. A intensidade das forças de atração ainda os impede de escapar e se dispersar.
É por isso que a forma de um líquido pode mudar, mas seu volume permanece constante. Quando colocamos água em um copo, as forças de atração entre seus átomos ou moléculas constituintes são menos intensas, então a forma da água se adapta ao formato do copo. Quando colocamos água em uma banheira, as forças de atração menos intensas entre os átomos ou moléculas permitem que a água se adapte ao formato da banheira. VO volume de um líquido permanece sempre constante porque as forças de atração entre os átomos ou moléculas ainda são capazes de mantê-los unidos. permaneçam unidosUm copo de água quando colocado emkQuando se despeja água em uma banheira, o volume de água permanece o mesmo que em um copo. Os átomos ou moléculas que compõem a água não se dispersam, por isso o volume permanece sempre o mesmo.
A posição dos átomos ou moléculas que compõem o líquido é mostrada na figura (a seta aponta na direção do movimento).
Substâncias gasosas
Em substâncias gasosas, as forças de atração entre átomos ou moléculas são tão fracas que os átomos ou moléculas não conseguem se manter unidos. Eles se movem livremente, pois não há ligações entre eles. Essas forças de atração muito fracas fazem com que os átomos ou moléculas que compõem a substância gasosa estejam dispersos por toda parte. Os átomos que compõem a substância gasosa são mais livres do que os átomos que compõem a substância sólida ou líquida.
A posição dos átomos ou moléculas que compõem uma substância gasosa é aproximadamente a seguinte: pada imagem.
A força de atração extremamente fraca é a razão pela qual a forma e o volume dos gases podem mudar e por que o ar não pode ser visto a olho nu. O tamanho dos átomos ou moléculas é tão pequeno que, se estiverem dispersos por toda parte, não conseguimos vê-los. O tamanho dos grãos de areia ou açúcar é muito maior do que o dos átomos ou moléculas, de modo que, mesmo dispersos, os grãos de areia ainda podem ser vistos a olho nu, embora com alguma dificuldade.
Sólidos e líquidos podem ser vistos porque seus átomos ou moléculas constituintes não estão separados. As fortes forças de atração presentes em sólidos e gases ainda são capazes de mantê-los unidos. Já nos gases, as forças de atração são tão fracas que não conseguem manter os átomos ou moléculas unidos. Essa pequena força de atração é também a razão pela qual gases e líquidos podem fluir.
