A Figura 1.1 mostra a praia de Ipanema, bastante famosa no Brasil e no mundo. Olha que coisa mais linda.
Nessa praia existem diversos materiais. A areia é formada por inúmeros fragmentos minúsculos de rochas de épocas bem antigas. O mar tem água, sal e diversas outras coisas misturadas (algumas infelizmente indesejáveis, como urina e coisas piores).
Lá mais pro fundo, diversas formas de vida habitam as águas do Oceano Atlântico. Ao longe, o Morro Dois Irmãos, uma formação rochosa cujo cume fica a 533 metros de altitude. Permeando tudo, vários gases, dentre eles o oxigênio que eu, você e os banhistas que estão curtindo a praia usamos para respirar e sobreviver nesse mundo. E até mesmo fora desse mundo, a uns 150 milhões de quilômetros, está lá o Sol nos iluminando e aquecendo; tudo isso devido a transformações envolvendo hidrogênio e hélio que fazem parte da sua constituição.
Todos esses materiais possuem suas características próprias e particulares, além de outras mais gerais. Se você tivesse que classificar esses materiais de acordo com algum critério, qual você escolheria?
O que tem neste capítulo
Ideias centraisA Química é a ciência que estuda a matéria, que é tudo o que tem massa e ocupa espaço no universo. Um jeito comum de estudar a matéria é abordar as propriedades de um sistema e as interações dele com a vizinhança. A matéria pode fazer trocas de energia, seja realizando trabalho ou transferindo calor.
Para todo lugar que nós olharmos, veremos diversas coisas. O computador ou o celular ou a folha de papel em que você está lendo isso, a sua mesa, o seu caderno, as suas roupas, a cadeira em que você sentou pra ler este livro (ou o sofá, a cama, a privada, vai saber), a comida que você come, a água que você toma, o ar que você respira, você, tudo isso pode ser chamado, de maneira bem simples, de “coisas”.
A Química é a ciência que estuda “coisas” como essas. Ela estuda as características dessas coisas, como elas podem mudar de características, como elas podem ser feitas a partir de outras coisas. E todas elas têm duas características em comum: elas ocupam espaço e podemos pesá-las.
A pesagem de uma coisa é uma operação que nos informa a massa dessa coisa. A capacidade de ocupar espaço está associada ao conceito de volume de uma coisa.
Existe um termo mais apropriado para chamar essas “coisas”: matéria. Matéria é tudo aquilo que tem massa e ocupa volume. Cientificamente falando, você, a água, o ar, os alimentos, tudo isso é considerado matéria.
Quando falamos de aspectos científicos, uma coisa útil é restringir a nossa análise a apenas uma parte do universo, chamada de sistema. O que não faz parte do sistema é chamado de vizinhança.
Por exemplo, se estamos estudando o comportamento de um pouco de água, esse é o nosso sistema; os arredores desse pouco de água são a vizinhança. De maneira geral, sistema e vizinhança interagem e podem eventualmente fazer trocas; dessa forma, geralmente se classificam os sistemas em:
Vai ser complicado explicar com exatidão o conceito físico de energia, pelo menos agora de começo. De maneira bem simplificada, é uma propriedade de um sistema que pode ser transferida. Pense em um valor numérico, próprio de um sistema, que pode ser alterado através de interações com outros sistemas. Essas interações geralmente envolvem a realização de trabalho ou transferência de calor.
Resumidamente, trabalho está associado a colocar algo em movimento ou parar o seu movimento, e calor está associado a diferenças de temperatura.
Por exemplo, quando empurramos um móvel (como um guarda-roupa), estamos realizando trabalho para que esse móvel saia do repouso e entre em movimento. Nesse processo, existe uma transferência de energia. Quando esquentamos água no fogão, a queima do gás fornece energia na forma de calor para a água, fazendo com que ela esquente.
Ideias centraisA matéria pode se apresentar em diferentes estados: os mais comuns são sólido, líquido, gasoso (gás e vapor) e plasma. Uma amostra de matéria pode mudar de um estado para outro, através de vários processos.
Um dos jeitos mais intuitivos de se explicar o aspecto da matéria está associado à sua forma e ao seu volume. Se nós considerarmos um “pedaço” de matéria dentro de um recipiente, e transferir esse pedaço para outro recipiente, podemos ter três situações:
Esses comportamentos fazem com que a matéria conhecida seja classificada em um de vários estados físicos ou estados de agregação. A matéria comum costuma se apresentar geralmente em três estados físicos (Figura 1.2):
Essa distinção geralmente é feita levando em conta os comportamentos da forma e do volume explicados acima:
Eventualmente, as matérias líquidas e gasosas podem ser chamadas coletivamente de fluidos. Fluido é qualquer matéria que pode fluir. (uau)
A matéria pode trocar de estados físicos. Geralmente isso ocorre ao esquentar ou esfriar uma amostra de matéria.
Quando um sólido é aquecido, ele pode se transformar em líquido, num processo chamado fusão; um exemplo disso é o gelo derretendo para virar água líquida. O processo inverso, ou seja, um líquido sendo resfriado para se transformar em sólido, é chamado de solidificação; por exemplo, água sendo congelada.
Ao aquecer um líquido, ele pode passar para o estado gasoso, por meio da vaporização. Esse processo abrange pelo menos dois tipos de mudança de líquido para gasoso:
O processo inverso da vaporização, ou seja, a transformação do estado gasoso para o líquido, pode ser chamada de condensação ou liquefação.
Eventualmente, um sólido quando aquecido pode passar diretamente para o estado gasoso, sem virar líquido; esse processo é chamado sublimação, e acontece com o gelo seco, por exemplo. O processo inverso, do estado gasoso para o sólido, é chamado de várias formas em diferentes lugares: ressublimação, dessublimação, deposição e até mesmo sublimação. Neste livro, eu vou optar por chamar de ressublimação.
A Figura 1.3 resume as mudanças de estado citadas nos parágrafos anteriores.
Todos esses nomes destacados são os termos técnicos; obviamente, a gente usa outros nomes quando é conveniente. Por exemplo, “derretimento” pra falar da fusão; com líquidos é comum se usar “congelamento” pra falar da solidificação.
Também é possível fazer uma amostra de matéria mudar de estado físico por meio de uma mudança de pressão. Isso é relativamente comum ao lidar com o estado gasoso. Por exemplo, o botijão de gás usado para cozinhar, na verdade, contém um líquido: o material combustível estava no estado gasoso, foi pressurizado para ser colocado no botijão, e então virou líquido; ao abrir o registro, há uma redução de pressão e ele volta ao estado gasoso.
É bom esclarecer uma diferença que vai aparecer daqui em diante: um material no “estado gasoso” pode ser descrito como um vapor ou como um gás. Tecnicamente, vapor é um estado que pode ser revertido para líquido apenas por aumento de pressão, sem diminuir a temperatura. Gás é um estado que, para ser revertido para líquido, requer uma diminuição de temperatura.
De maneira geral, considera-se que o processo de vaporização de um líquido produz vapor. Para ele ser classificado como gás, tecnicamente ele tem que ter passado de uma temperatura chamada temperatura crítica. Após essa temperatura, ele é considerado um gás.
Existe um outro estado físico da matéria, que não foi discutido até então porque tem algumas propriedades específicas: o plasma. O plasma tem o mesmo comportamento que um gás quanto à forma e ao volume, mas se diferencia devido ao fato de que plasmas têm altíssima condutividade elétrica, enquanto gases têm condutividade bem baixa. Isso se deve à constituição do plasma, que veremos num momento mais oportuno.
Apesar de não estar dando muitos detalhes por agora, é importante a menção ao plasma já que ele está presente na natureza, como no Sol e em raios, além de alguns produtos de uso cotidiano, como lâmpadas fluorescentes e alguns modelos de televisões, sem contar algumas bugigangas, como globos de plasma (Figura 1.4).
O gelo “comum” que nós conhecemos é formado por água no estado sólido. Até aí, nenhuma novidade. Mas existe outra variante de gelo, que não é formada por água: o gelo seco (Figura 1.5). Esse nome é dado porque, ao esquentar, o gelo seco não forma líquido que nem o gelo comum; ele se converte em vapor sem deixar nenhum rastro.
Isso se deve ao fato de que o gelo seco é formado por dióxido de carbono, uma substância que nós conhecemos bem na forma gasosa: o gás carbônico, produzido na nossa respiração e em processos de queima de combustíveis.
O dióxido de carbono não existe na forma líquida nas nossas condições normais. Por isso, ele passa diretamente do estado sólido para o gasoso (ou seja, sofre sublimação), a uma temperatura de −78,5°C nas nossas condições de pressão.
O gelo seco é bastante usado para conservar alimentos (sorvetes, por exemplo) e outros materiais a temperaturas extremamente baixas em situações onde não se pode usar aparelhos de refrigeração.
Fontes consultadas: ENCYCLOPEDIA BRITTANICA. Dry ice | chemistry. Acesso em: 16 dez. 2020. / MANUAL DO MUNDO. COMO É FABRICADO O GELO SECO? #Boravê, 1 mar. 2018. Acesso em: 16 dez. 2020.
1.1O que é matéria?
1.2Os diferentes estados da matéria
