Os estados físicos da matéria

Os estados físicos da matéria são as configurações que objetos macroscópicos podem assumir.

Na escola, ensinam-nos que a matéria apresenta-se em três estados: sólido, líquido e gasoso. No entanto, há outros, intermediários entre os estados mais conhecidos e alguns menos conhecidos, como é o caso do condensado de Bose-Einstein e o plasma.

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Em termos gerais, a matéria tem origem no estado de plasma. Toda a matéria primordial do universo estava em neste estado e o núcleo das estrelas continua plásmico, assim como, provavelmente, a matéria sugada pelos buracos negros.

Os estados em baixas temperaturas

Nem todos os líquidos se congelam quando a temperatura ambiente se aproxima do zero absoluto (-237,5°C). alguns tomam a forma de superfluidos, sem nenhuma viscosidade (os cientistas chamam a este fato “fluidez infinita”). Substâncias neste estado tendem a subir pelas paredes do recipiente em que estão.

Os superfluidos, que têm condutividade infinita, foram descobertos em 1937. O elemento químico hélio assume este estado em baixas temperaturas.

O condensado de Bose-Einstein é mais frio do que um sólido. Proposto por Albert Einstein e Satyendra Bose em 1924, ele só foi obtido em laboratório em 1995, por cientistas da Universidade do Colorado (EUA). Ocorre quando os átomos que formam o objeto têm níveis quânticos semelhantes ou iguais, também sob zero absoluto. O condensado apresenta supercondutividade.

As mudanças de estado

O estado em que os objetos se encontra depende da força da coesão molecular. Objetos com coesão molecular forte são sólidos e, conforme a coesão se enfraquece, passam para os estados líquido, gasoso (com as moléculas cada vez mais afastadas) e de plasma (quando os átomos perdem elétrons).

Uma experiência simples pode demonstrar a fraqueza da coesão da água (ou de qualquer outro líquido). Basta pegar uma moeda e pingar gotas sobre ela. Ao contrário do que se pode pensar, o líquido não escorre imediatamente quando a superfície da moeda. A água toma uma forma abaulada, mostrando que as moléculas tentam se manter em equilíbrio, que, depois de determinada quantidade, é finalmente quebrado.

A fusão é a passagem do estado sólido para o líquido. Há dois tipos: a fusão gelatinosa, quando a matéria se derrete homogeneamente (como é o caso do acrílico) e cristalina, quando o derretimento ocorre de forma para dentro (como acontece com o gelo). O contrário da fusão é a solidificação.

A vaporização é a mudança do líquido para o gasoso. Na calefação, os líquidos são submetidos recebem uma grande quantia de calor por um curto período; na ebulição, os líquidos são aquecidos lentamente e liberam gás durante o tempo em que estiverem expostos.

Na evaporação, as moléculas da superfície de um líquido se desprendem, tornando-se gases, sob qualquer temperatura. Uma característica dos gases é que eles podem ser expandidos e comprimidos: não ocupam um espaço determinado. O oposto da vaporização é a condensação.

A sublimação é a passagem direta do estado sólido para o gasoso. Na ressublimação, ocorre o inverso.

A ionização é a passagem do estado gasoso para o de plasma. Desionização é o retorno à condição de gás.

Outros estados da matéria

Quando a matéria é submetida a altos níveis de temperatura e pressão – o chamado ponto crítico, que varia de substância para substância – gases não podem mais retornar ao estado líquido e tornam-se fluidos supercríticos.

No estado supersólido, os objetos aliam características dos sólidos (quando estão sob altas temperaturas) e dos superfluidos (quando o meio em que estão é resfriado drasticamente para o zero absoluto). A obtenção de um supersólido utilizou o hélio-4 (elemento estável do Hélio, com quatro isótopos adicionais radioativos). A descoberta foi feita por pesquisadores da Universidade Penn State (EUA).

O “gás degenerado” não respeita as leis da física clássica, que dizem que a pressão de um gás é proporcional à sua temperatura e densidade. A uma densidade elevada, a pressão aumenta rapidamente, até o ponto em que ela passa a independer da temperatura do gás. Neste ponto, o gás passa a agir quase como um sólido.

O gás degenerado é encontrado em anãs brancas, antigas estrelas que explodiram e tornaram-se anãs, destino comum de 98% das atuais estrelas. O estudo do gás degenerado é importante para o conhecimento da idade e evolução do universo.

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