A teoria atomico-molecular da materia nos pro-pee um modelo no qual partfculas (molaculas eatomos) se organizam de maneiras diferentes nosvarios estados ffsicos. Os agrupamentos de partf-culas apresentam uma maior ou menor coesaodependendo das "simpatias elatricas" entre elas.Assim, cations (fons positivos) e anions (fons nega-tivos) apresentam uma grande coesao devido assuas cargas elatricas contrarias. Ja no caso demolaculas, a coesao a pouco intensa, pois as for-c;:aselatricas de atrac;:ao sac fracas.

Num solido, as forc;:as de coesao sac muitointensas e, por causa disso, as suas particulas sacmuito organizadas e tem liberdade muito pequenano sistema; enfim, suas partfculas ocupam posi-yees quase fixas, apenas oscilam um pouco aoredor de seus pontos madios. Esse arranjo muitoorganizado de particulas constitui 0 que chama-mos de crista!.

Todo cristal a formado por ions? Nao; ha cris-tais formados por molaculas como, por exemplo,os cristais de enxofre, de iodo e de naftalina.

Todo material solido a cristalino? Tambemnao, pois existem solidos amorfos. Nestes solidos,encontramos longas molaculas ou mesmo fibrasque mantem 0 sistema organizado dentro dos pa-drees que chamamos de solido: volume e formafixos. Assim, um pedac;:o de madeira a um solidoamorfo, isto a, sem estrutura cristalina. Na suamaioria, os materiais solidos sac cristalinos aindaque as vezes as porc;:ees cristalinas sejam tao mi-nusculas que fiquem mascaradas, parecendo ummaterial amorfo.

Nos Iiquidos, as partfculas tem maior liberdadepara se movimentarem do que no solido: por isso, aorganizac;:ao do sistema a menor. Uquidos sac·pouco compressiveis e so a possivel diminuir empequeno grau 0 seu volume. Isso sugere que aspartfculas do Iiquido nao devem apresentar muitosespac;:os entre si. Conclusao: as distancias intermo-leculares no Iiquido devem ser pequenas. A formavariavel do Iiquido, quando mudado de um vasilha-me para outro, mostra que suas partfculas sac maislivres do que nos solidos.

Por fim, 0 gas se apresenta como um estadoffsico marcado pela desordem de suas partfculas.Estas devem apresentar distancias razoaveis (0 gaspode ter 0 seu volume bastante reduzido por com-pressao) e 0 gas se espalha por todo 0 recipienteque 0 contam. No entanto, mesmo no gas, existematrac;:ees elatricas entre suas partfculas, apesar deserem muito fracas.

Estado Ffslco Organlza~io Llberdade dasForma Volumeda Materia das partfculas partfculas

s611do grande pequena flxa flxo

Irquldo media media varlavel flxo

ga5050 pequena grande varlavel varlavel

Convem lembrar que existem solidos que naose fundem quando aquecidos pois se decompoemantes de atingirem a temperatura necessaria a fu-sao. Por exemplo, 0 carbonato de calcio (principalconstituinte do calcareo),quando aquecido, se de-compoe em oxido de calcio e gas carbonico. Outroexemplo: 0 a(fucar comum (sacarose)) quandoaquecido, derrete e come(fa a se decompor liber-tando vapor d'agua e ficando um resfduo de carvao(carbono).

~

Existem Ifquidos que nao podem ser fervi.dossob pressao ambiente. Como exemplos, citaremos

(3) v~poriza(fao ~ certas essencias vegetais usadas em perfumes,que so podem ser destiladas sob baixa press80.

J . I gas I Quanto menor a press80 do ambiente, menor a. _ temperatura de fervura de um Ifquido.

(4) Ilquefa<;:aoou Solidos evaporam? A resposta a essa pergunta'i:condensa9ao ~ pode ser obtida pensando-se nas bolinhas de naf-

. talina que saD colocadas nos armarios e que, de-po is de algum tempo, desaparecem. Outros casosde solidos que evaporam com certa facilidade saDa canfora e 0 iodo. Esse fenomeno de evapora(faodo solido recebe 0 nome de sublima<;:ao.Os carri-nhos de sorvete usam "gelo seco" (gas carbonico,CO2, solidificado), que passa diretamente do esta-do solido para 0 gasoso. A medida que ele sublimarouba calor das imedia<;:oes,mantendo 0 sorvete auma temperatura baixa que 0 impede de derreter.

Mudan~as de estadoQuando aquecemos um solido, suas partfculas

se agitam cada vez mais, ate que, a uma dadatemperatura, ocorre a fusao. A fusa~ corresp?nd~ auma transi<;:80de um estado de malor organlza<;:ao(menor liberdade etas partfculas) para urn outroestado menos organizado e com maior liberdadedas partfculas. E claro que, dependendo da coesaodas partfculas de um material, a temperatura. defusao varia pois ela expressa 0 grau de organlza-<;:aodeste material.

A passagem de um Ifquido para 0 estado devapor consiste numa outra etapa de desorganiza-<;:aodo sistema; a temperatura de ebuli<;:aode umIfquido expressa tari1bem a coesao das suas mola-culas. A agua ,tem ponto de ebuli<;:aomais alto queo alcool; podlilmos concluir que as moleculas deagua estao mais associ adas que as do alcool.

(1) fUS80 2\

I solido I I Iiquido

(2) solidifica<;:aot~ ,Os processos 1, 3 e 5 saD endotermicos, isto el

absorvem calor para ocorrer.Os processos 2, 4 e 6 saD exotermicos, isto a,

liberam calor ao ocorrerem.

Quanto a organiza<;:ao do sistema e liberdadedas partfculas, podemos resumir 0 que ocorre nasmudan<;:asde estado usando 0 seguinte quadro:

dlmlnul a organlza~io do sistema~

aumenta a liberdade das partfculasIsolidol Ilfguidol @@

diminui a liberdade das partfculas~aumenta a organlza~io do sistema

Ja conseguimos razoavelmente distinguir ostres estados ffsicos,mas ha materiais onde 0 estadoffsico pode ser discutido: uma geleia pode serconsiderada um solido amorfo limftrofe ao estadoIfquido.

o vidro nao tem propriamente temperatura defusao: a medida que 0 aquecemos ele se tornamenos'viscoso (mais fluido) e sua organizac;:ao emais aparentada com 0 estado Iiquido do que como estado solido. Oiz-se que ele e um Iiquido super-resfriado, ou seja, um Iiquido que deveria ter-secristalizado mas isto nao ocorreu.

Nas mudanc;:asde e~tado em que h8 aumentoda organizac;:aodo sistema, pode ocorrer um retar-damento, isto e, a mudanc;:ade estado pode naoocorrer na temperatura esperada. Assim, a agua

o-10

pode ser resfriada ate -100e sem que se inicie acristalizac;:ao. No entanto, apos esta ter-se iniciado,a temperatura sobe ate ooe e se mantem durante asolidificac;:ao.

Por que isso acontece? Bem, para se iniciar acristalizac;:ao da agua e preciso que algumas mole-culas se arranjem convenientemente, formando um"molde" onde se depositem novas moleculas. As-sim, 0 cristal cresce e 0 processo de cristalizac;:aose desenvolve por todo 0 material. Mas, as vezes,as moleculas da agua nao formam esse "molde" eo Iiquido pode ser resfriado abaixo do ponto desolidificac;:ao, formando um sistema meta-estavel.

Quando um material tem a sua temperaturadiminufda alem do seu ponto de liquefac;:aoou desolidificac;:ao e a mudanc;:ade estado nab ocorre, 0sistema e chamado meta-estavel e tende a passaresp.ontaneamente para uma situac;:aomais estavel.

Se cedemos bruscamente calor a agua nessascondic;:6es, perturbamos a organizac;:ao meta-estavel, 0 arranjo molecular e alterado e pode seiniciar a cristalizac;:ao. Af,enfim, 0 processo de soli-dificac;:ao toma conta de todo 0 material.

Quando colocamos garrafas de refrigerantesou de cerveja no congelador, a temperatura podedescer abaixo do ponto de solidificac;:ao. Quandopegamos uma dessas garrafas, cedemos calor aomaterial, desarranjando 0 sistema meta-estavel,e acristalizac;:ao tem infcio; a bebida, antes Iiquida,agora se apresenta em parte congelada.

Algumas experiencias sobre mu-danc;as de estado

Uma pedra, um pedac;:ode madeira sao bansexemplos de solidos. Agua e alcool sac Iiquidos euma bexiga de borracha ou uma camara de ar depneu servem para conter porc;:6esde gas.

Mude os solidos de um lugar para outro eassim voce pode fixar as noc;:6esde que as solid osmantem volume e forma.

Mude a agua de um recipiente para outro, demaneira que os alunos percebam que a forma variamas nao 0 volume.

Use uma seringa de injec;:ao(fechada na pontacom 0 dedo) e comprima 0 embolo; depois, puxe 0embolo de forma a ficar claro que 0 gas tem seuvolume e sua forma determinados pelo recipienteque a contem.

Mostre agora um pouco de sal ou de ac;:ucarformando um pequeno monte; a seguir, coloquenum tuba de ensaio ou espalhe 0 material pelopapel. A forma e 0 volume mudaram?

A mudanc;:a de forma do solido nesse casopode ser facilmente explicada: 0 solido e formadopor pequenos cristais que individualmente mantemvolume e forma, mas que no conjunto podem apre-sentar forma e volume variaveis·

Quebre em pedac;:os uma bolinha de naftalina ecoloque num tubo de ensaioj aquec;:a moderada-mente, usando uma lamparina a alcool. Cuidado:naftalina e inflamavel! (A naftalina funde pr6ximode 80aC). Mostre a naftalina derretida e espere. 0processo de cristalizac;:ao.

Cristaliza~ao da naftalinaMonte a experi€mcia conforme 0 esquema.

Dentro do bequer, coloque 3 ou 4 bolinhas denaftalina e feche-o com uma folha de papel (podeser folha de caderno). Use um elastico para pren-der a folha a boca do bequer; assim, quase naosairao vapores de naftalina para 0 ambiente.

Aquec;:a com chama fraca ate a fusao da naftali-na e chame a atenc;:ao para a formac;:ao de vaporesdesse material. Retire a chama e deixe em repousodurante 5 minutos. Ap6s isso, abra 0 recipiente eobserve os cristais formados na folha de papel enas paredes do recipiente.

Se voce repetir 0 aquecimento, a tendencia epara a formac;:ao de cristais cad a vez maiores efacilmente voce obtera placas e agulhas com 1 cmde comprimento.

Crista is de naftalina (detalhe)

Uma 6tima variante dessa experiencia e usarpapel escuro para fechar 0 bequer (isso aumenta 0contraste dos cristais de naftalina). Se voce dispu-ser de uma placa de Petri, use-a para fechar 0bequer e assim sera mais visivel a formac;:ao decristais.

Caso voce nao tenha toda a aparelhagem ex i-gida para esta experiencia, use no lugar do bequeruma tigela pequena de "pi rex" e 0 aquecimentopode ser feito numa chapa quente (cuidado: nafta-Iina e combustivel I).

Aquecimento do ac;ucarColoque aCfucar num tubo de ensaio e aqueCfa

cuidadosamente; 0 aCfucar derrete e logo comeCfa asofrer decomposiCfao, perdendo agua. No infcio 0

aCfucar torna-se caramelo e, prosseguindo-se 0aquecimento, forma-se carvao (carbono). ACfucar eurn born exemplo de substancia que se decomp6equando se tenta fundl-Ia

Fusio de tiossulfato de s6dio (fixador defotografia)

Este sal contem agua de cristalizaCfao. Suaf6rmula, na forma hidratada, e Na2S2035H20.Quando aquecido sofre uma "fusao" aquosa, ouseja, 0 sal se dissolve na agua Iibertada pelo aque-cimento.

Ao voltar a temperatura ambiente, obtem-secom frequElncia um sistema Ifquido meta-estavel.

Coloque num tubo de ensaio um pouco detiossulfato de s6dio (ate 3 ou 4 cm de altura dotUbo) e aqueCfa com cuidado ate a fusao; use paraisso uma lamparina a alcoo!. Chame a atenCfao parao fato de que 0 processo de fusao exige calor (eendotermico).

Deixe em repouso durante alguns minutos atevoltar a temperatura ambiente; 0 tubo em questaopode ser passado aos alunos para observarem quenao ocorreu a solidificaCfao, apesar de ter havido 0resfriamento.

Jogue entao um pequeno cristal de tiossulfatode s6dio no Ifquido e este comeCfara a se cristalizar(da para ver 0 aumento do tamanho dos cristais);ao mesmo tempo 0 tubo ficara quente (chega ate a40 ou 50° C), sendo uma evidElncia de que a solifica-«ao e um processo exotermico. Trata-se de umfen6meno de super fusao, ou seja, 0 material fundi-do sofreu um retardamento da cristalizaCfao.

E bem facil obter tiossulfato de s6dio po is ele eusado como fixador em fotografia; apenas vocedevera procura-Io com 0 nome de "hipossultito des6dio", como e conhecido.

Sugestao: ao fazer esta experiencia use doistubos de ensaio para evitar a repetiCfao da expe-riElncia, caso ela talhe na primeira tentativa.

Sublimac;io da cAnforaA cantora e um material que pode ser sublima-

do com facilidade. Voce pode usar a mesma apare-Ihagem da cristalizaCfao da nattalina.

Coloque uma ou duas pedras de cantora nobequer e aqueCfa com cuidado. Nesse caso, naoocorre a tusao; trata-se de um processo de torma-Cfao de vapores por sublimaCfao. Os vapores decantora dessublimam quando em contato com asparedes trias do recipiente. Ap6s 0 restriamento,voce obtera pequenos cristais de cantora aderidosa parede do vidro e a tampa de papel do bequer. Serepetir 0 aquecimento e deixar estriar novamente,o numero de cristais aumenta, bem como 0 seutamanho.