Os cincos estados da matéria

OS 5 ESTADOS DA MATÉRIA

Semana passada falamos sobre um dos tipos de propagação de calor que acontecia em fluídos(Gases ou Líquidos). Neste início de semana discutiremos a propagação por condução que acontece nos materiais sólidos. Mas antes de chegamos na condução, vamos falar um pouco sobre os estados da matéria. E em primeiro foco iremos da destaque as os três principais. 

Mas a diferença entre materiais que são sólidos, líquidos e gasosos? Primeiro temos que estabelecer o pilar central, a ideia de que a matéria é feita de átomos. Dito isto, começamos a explicar os sólidos e sua importância desde do tempo da idade Pedra e por sequência idade do Bronze e por fim idade do Ferro, que respectivamente a idade da Pedra tem como principal característica o uso da pedra para criação de ferramentas, a idade do Bronze onde o ser humano desenvolveu materiais de caça e cozinha com esta liga metálica e por último a idade do Ferro no qual o ser humano dominou o manejo do Ferro para melhorar suas ferramentas, afinal o ferro tinha uma durabilidade maior que o Bronze. Esses instrumentos se tornaram importantes na nossa história, mas como é que um sólido visto microscopicamente? A resposta está na Figura 1.

Figura 1. Imagem de átomos de um sólido.

 Na figura 1, percebemos que os átomos de um material sólidos são organizados de forma mais ordenada, seguindo um certo padrão. Em verde na figura 1, representamos as "molas" que ligam os átomos uns aos outros, mas isso é um assunto para outro dia. Agora como é um líquido? A resposta é mais abaixo.

Figura 2. Imagens de átomos de um líquido.

Na figura 2, já nota-se um pouco de afastamentos dos átomos, contendo em poucos pontos uma certa organização do átomos, e daqui já podemos responder em parte a nossa pergunta. Então o que diferencia um líquido para um sólido, pode ser entendido de uma vista microscópica, percebendo que em sólidos os átomos estão mais "juntinhos" e organizados, já em líquidos perdemos um pouco desse padrão. Claro você agora deve estar se perguntando, mas os átomos do sólidos não estão tão "juntinhos" quanto os dos líquidos, como resposta lhe digo que é uma mera ilustração, o real sentido é perceber o padrão formado nos líquidos e na figura 2, omitimos as "molas" mas elas estão lá. E como é um selfie de átomos em um gás? Apresento a vocês agora.

Figura 3. Imagem de átomos em um gás.

Consegue perceber que os átomos antes juntos em um sólidos, agora estão bem distantes uns dos outros com a ressalva de que estão organizados de forma caótica? Então assim mostramos a diferença entre gases, líquidos e sólidos. As maneiras com que o átomos se dispõe, mostra uma característica macroscópica. De forma mais simples, quando você ver uma barra de ferro, você saberá que dentro dessa barra os átomos estão dispostos como na figura 1. 

Voltando a discussão dos sólidos, o fato dos átomos ficarem organizados de forma mais compacta, isso implica em uma estrutura bem definida chamada de estrutura cristalina. Você quer ver como é um sal visto por dentro? Da uma olhadinha:

Figura 4. Estrutura cristalina do Sal de cozinha.

Fonte: Google Imagens

Veja, a estrutura é bem definida e com uma simetria fantástica, é desse jeito que os sólidos se apresentaram para você, quando você olha por dentro. Na próxima matéria iremos abordar mais um pouco sobre os sólidos e falar sobre o processo de propagação de calor por condução que envolve diretamente os sólidos.

Como bônus irei destacar mais dois estados da matéria poucos estudados no ensino médio que é o Plasma e o Condensado de Bose-Einstein.

Em alguns dos seus dias vidas, você já viu, usou ou escutou sobre as TV de plasma, mas você já se perguntou sobre como ela funcionava ou que tinha dentro dela? Antes de responder essa pergunta, vamos primeiro mostrar como se chega no plasma. Imagine um cubo de gelo (Sólido), agora derreta ele e obterá água (Líquido), agora pegue essa água e aqueça, obterá vapor (Gás), agora por fim "aqueça" mais um vez o gás, e obterá um gás ionizado e junto disso, você terá um bom condutor elétrico, pois agora os elétrons estão livres para passear, então o gás ionizado e condutor é um exemplo de Plasma. Sei que não parece claro isso, mas você já deve ter presenciado descargas elétricas (Raios), quando elas acontecem que o ar se ioniza e todos os gases presentes nele, com isso o parte que você enxerga na descarga é um tipo de Plasma.

Figura 5. Imagem de uma descarga elétrica. 

Fonte: Google Imagens. 

Mas e a TV? antigamente as TV's de tubo tinha como tecnologia utilizar um feixe de elétrons para ativar os pixels (Aliás você sabia que os pixels tem apenas três cores? Azul, Verde e Vermelho.) de acordo com o sinal de transmissão. Já nas TV's de plasma o feixe é substituído por micro lâmpadas conectadas através de uma placa de vídeo, e dentro dessas micro lâmpadas estão contidos mistura de gases e quando a placa de vídeo mandar o sinal, os eletrodos contidos nas lâmpadas liberam elétrons para se chocar nas misturas de gases que por fim o ioniza e transforma essa mistura em plasma que forma as belas imagens nas TV's de plasma. 

Por fim chegamos ao condensado de Bose-Einstein, diferente dos demais, esse estado é observado em um certo limite, e dificilmente você vai ouvir sobre ele na escola. De início quero alerta que existe dois tipos de partículas as bosônicas e as fermiônicas, no primeiro as partículas que são bosóns são partículas que gostam de ficar perto umas das outras, nas fermiônicas prevalece o espirito de individualismo, elas não são sociáveis e não se gostam entre si, um exemplo de partícula que é um bósons é o fóton ou até o famoso bóson de Higgs, já um exemplo de partícula que é um férmion é o elétron, próton e etc. Como sugere o inicio do paragrafo iremos abordar os bósons (Sacou o Bosen?), que como caraterística o spin 1/2, que quando estas partículas chegam próximas ao zero absoluto 0 K, eles buscam o estado de menor energia juntas e num certo limite de transição elas se condensam com muita pouca energia, o que é particularmente estranho, já que próximo ao zero absoluto, as velocidades são praticamente nulas. Claro que no tempo da descoberta Einstein não levou mais a fundo o estudo das propriedades dessa condensação, e tempos mais tarde no fim do seculo passado, pesquisadores estudaram essas propriedade desse estado da matéria e receberam Nobel tempos depois. 

Espero que tenham gostado de ler um pouco sobre os 5 estados da matéria. Próxima publicação será sobre a propagação de calor na forma de condução.