Por que o aumento de temperatura faz com que uma substância mude sucessivamente de um sólido para um líquido e deste para um gás?
À medida que a temperatura de uma substância aumenta, a energia cinética média das partículas aumenta. Em uma coleção de partículas (moléculas), o estado é determinado pela força das forças intermoleculares em relação à energia cinética média das partículas. À medida que a energia cinética média aumenta, mais partículas conseguem superar as forças atrativas intermoleculares e se movem para um estado menos ordenado, de sólido para líquido e de líquido para gás.

Passo 1

O enunciado pergunta por que o aumento de temperatura faz com que uma substância mude sucessivamente de sólido para líquido e, em seguida, de líquido para gás. O conteúdo envolve mudança de fase, equilíbrio entre energia cinética média das partículas e forças intermoleculares.

Passo 2

Em nível microscópico, cada partícula (átomo ou molécula) possui energia cinética devido ao seu movimento térmico. A energia cinética média de cada partícula cresce com a temperatura segundo a relação
\langle E_{\text{k}} \rangle = \tfrac{3}{2} k_{B} T
em que k_{B} é a constante de Boltzmann e T a temperatura absoluta.

Passo 3

As forças intermoleculares (como ligações de hidrogênio, dipolo-dipolo ou London) mantêm as partículas em arranjos mais ou menos ordenados:
  1. No sólido, as forças de coesão superam a energia cinética, mantendo arranjo fixo.
  2. No líquido, parte das forças ainda retém as moléculas próximas, mas o movimento é mais livre.
  3. No gás, a energia cinética domina e as partículas se afastam quase sem interação.

Passo 4

Ao elevar a temperatura, \langle E_{\text{k}}\rangle aumenta. No ponto de fusão a energia cinética torna-se suficiente para vencer parcialmente as forças de coesão do sólido, permitindo que as partículas deslizem (passagem para o líquido). Se o aquecimento continuar, no ponto de ebulição a energia cinética média supera quase totalmente as forças intermoleculares do líquido, liberando as partículas como vapor (passagem para o gás).

Resposta

Porque, ao aumentar T, cresce a energia cinética média das partículas, e elas vão vencendo sucessivamente as forças intermoleculares que mantêm o arranjo sólido, depois líquido, até formarem gás.

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