Estados físicos da matéria
Por que o gelo flutua, por que a água ferve a 90 °C no alto das montanhas e por que fica mais difícil empurrar o êmbolo de uma seringa? Mude a temperatura e observe as partículas se prenderem em um cristal, deslizarem no líquido ou se afastarem no gás. Depois, acompanhe uma curva de aquecimento real e a lei de Boyle com dados da OpenStax e do NIST.
Sobre este curso
Ponha na bancada um béquer com gelo a −12 °C. A OpenStax mostra o que acontece: após dez minutos o gelo esquentou até 0 °C e um pouco derreteu. Trinta minutos depois, mais gelo derreteu, mas o termômetro ainda marca 0 °C. Só quando o último pedaço de gelo some a temperatura começa a subir, chegando a 22.2 °C. O gelo continuou absorvendo calor da sala o tempo todo, e este curso explica para onde foi esse calor.
As seis unidades são o que é matéria, partículas em sólidos, líquidos e gases, fusão e solidificação, evaporação e ebulição, curvas de aquecimento, e pressão dos gases com a lei de Boyle. As moléculas de água não mudam: H₂O é H₂O no gelo, na água e no vapor. O que muda é a distância entre as moléculas, a força com que se prendem umas às outras e a rapidez com que se movem. A evaporação acontece só na superfície e em qualquer temperatura, enquanto a ebulição acontece em todo o líquido a uma temperatura específica. A curva de aquecimento é trabalhada com números reais: transformar 135 g de gelo a −15 °C em vapor a 120 °C exige 416 kJ, dos quais 305 kJ vão só para a ebulição. A OpenStax arredonda cada etapa e informa 416 kJ, enquanto somar os valores sem arredondar dá 415.4 kJ, que é o que o modelo do laboratório mostra.
A última unidade explica a pressão dos gases com moléculas em movimento. Comprima o gás até a metade do volume e cada parte da parede é atingida com o dobro da frequência, então a pressão dobra. Em um exercício, um gás ocupa 2.0 L a 100 kPa e é comprimido para 0.50 L à mesma temperatura, e você calcula a nova pressão.
Antes de começar
Você pode começar aqui sem nenhuma base de química, já que a primeira unidade pergunta o que é a matéria. Na unidade da curva de aquecimento, o calor é contado em quilojoules por mol, então a seção sobre mols em Ligações químicas ajuda, e as questões da lei de Boyle só pedem multiplicar e dividir.
Ao terminar
Você vai conseguir distinguir massa de peso, descrever como as partículas se comportam num sólido, num líquido e num gás e explicar por que o gelo fica a 0 °C enquanto derrete. Vai dizer por que a água ferve a cerca de 90 °C em Leadville, calcular o calor necessário para derreter gelo ou ferver água a partir do número de mols e usar a lei de Boyle para achar um novo volume de gás.
- 1O que é matériaUma astronauta na Lua pesa um sexto do que pesa na Terra, mas sua massa não muda.
- 2Partículas em sólidos, líquidos e gasesAs moléculas de nitrogênio no ar ao seu redor, a 30 °C, movem-se a cerca de 519 m/s, mais rápido que um avião de passageiros.
- 3Fusão e solidificaçãoUm béquer com gelo aquecido pelo ar ambiente ficou exatamente a 0 °C por mais de meia hora enquanto o gelo derretia.
- 4Evaporação e ebuliçãoEm Leadville, no Colorado, a cerca de 3100 m de altitude, a pressão do ar é de aproximadamente 68 kPa e a água ferve por volta de 90 °C.
- 5Curvas de aquecimentoTransformar 135 g de gelo a −15 °C em vapor a 120 °C exige 416 kJ, dos quais 305 kJ são usados só na ebulição.
- 6Pressão dos gases e lei de BoyleEm 1662, Robert Boyle comprimiu ar confinado até um quarto do volume e observou que sua pressão aumentava cerca de quatro vezes.
Fontes deste curso (8)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 1.2 Phases and Classification of Matter (matter, three states, plasma, mass and weight, Moon 1/6, conservation of matter, sand and clouds)
- 9.2 gas laws (Boyle's law P1V1 = P2V2, syringe 15.0 mL 13.0 psi to 7.5 mL 26 psi, breathing, divers: every 33 ft of sea water adds 1 atm and halves the air volume at 33 ft, Amontons ~1700, Gay-Lussac ~1800, Charles, STP 273.15 K and 101.325 kPa, -273 °C absolute zero)
- 9.5 kinetic-molecular theory (average kinetic energy proportional to kelvin temperature, KEavg = 3/2 RT, urms = sqrt(3RT/M), N2 at 30 °C 519 m/s, O2 at -23 °C 441 m/s)
- 10.3 phase transitions (vapor pressure, normal boiling point at 1 atm = 101.3 kPa, Leadville 68 kPa about 90 °C, ΔHvap 44.01 kJ/mol at 25 °C and 40.67 kJ/mol at 100 °C, 1.5 L sweat 3600 kJ, ΔHfus 6.01 kJ/mol, ice at -12 °C staying at 0 °C while melting, CO2 sublimation 26.1 kJ/mol, frost is deposition, heating curve example 135 g ice -15 °C to steam 120 °C = 416 kJ with c ice 2.09, water 4.18, steam 1.86 J/g °C, burner turned up does not raise boiling temperature)
- NIST Chemistry WebBook phase change data (webbook.nist.gov: ethanol Tfus 159 K, Tboil 351.5 K; nitrogen Tfus 63.3 K, Tboil 77.34 K; oxygen Tfus 54.8 K, Tboil 90.2 K; mercury Tfus 234.31 K, Tboil 629.81 K; CO2 triple point 216.58 K at 5.185 bar, solid vapour-pressure equation Giauque and Egan 1937 giving 194.7 K at 1 atm)
- USGS Water Science School, Water Density (0.99987 g/cm³ at 0 °C, 1.00000 at 4 °C, 0.95865 at 100 °C; ice about 9% less dense)
- Britannica, Boyle's law (Robert Boyle 1662, air compressed by mercury; Edme Mariotte 1676)
- Boyle's 1662 table (48 spaces at 29 2/16 in, 12 spaces at 117 9/16 in of mercury) as reprinted in J. Appl. Physiol. 87 (1999) 1543.
Data de verificação: 2026-10-17