Durante um experimento, um aluno aqueceu um recipiente contendo gelo até que toda a água evaporasse. Em outro frasco, ele reagiu hidrogênio com oxigênio e obteve água. Compare os dois processos, explicando em qual deles ocorre mudança física e em qual ocorre mudança química. Justifique com base na composição da matéria.
Passo 1
O enunciado descreve dois experimentos e pede que os comparemos, explicando em qual ocorre mudança física e em qual ocorre mudança química, justificando pela composição da matéria. Informações dadas:
- Experimento A: um aluno aquece um recipiente contendo gelo até que toda a água evapore.
- Experimento B: em outro frasco, hidrogênio reage com oxigênio e obtém-se água.
O que é pedido: identificar qual processo é mudança física e qual é mudança química e justificar com base na composição das substâncias envolvidas.
Passo 2
Antes de resolver, vamos entender o que significa “composição da matéria” de forma simples e prática. Matéria é formada por átomos que se combinam em moléculas. A composição de uma substância informa quais átomos e em que proporção aparecem nas suas moléculas. Exemplos importantes para este problema:
- A água tem moléculas
: cada molécula contém dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. - O gás hidrogênio tem moléculas
: duas átomos de hidrogênio por molécula. - O gás oxigênio tem moléculas
: dois átomos de oxigênio por molécula.
Quando a “composição” muda quer dizer que a identidade das moléculas presentes mudou (por exemplo, haviae e passaram a haver ). Quando a composição não muda, as mesmas moléculas continuam presentes, talvez em outro estado físico.
Passo 3
O que é mudança física? Características importantes (explicadas passo a passo):
- É uma alteração do estado físico, da forma ou da aparência, sem transformar a substância em outra.
- A composição molecular permanece a mesma: as mesmas moléculas continuam existindo, apenas com mais ou menos energia térmica ou diferente arranjo espacial.
- Geralmente é reversível (pelo menos em princípio), por exemplo, congelar/derreter, evaporar/condensar.
Aplicando ao experimento A (aquecer gelo até evaporar): o processo é simplesmente passagem de fase das moléculas de água:
Em todas essas etapas a molécula é
— ou seja, a composição química não mudou. Apenas adicionamos energia térmica (calor) para vencer ligações intermoleculares e separar as moléculas. Conclusão parcial: esse é um exemplo claro de mudança física.
Passo 4
O que é mudança química? Características importantes (explicadas passo a passo):
- Ocorre quebra de laços químicos e formação de novos laços, levando à formação de substâncias diferentes das iniciais.
- A composição molecular (tipos de moléculas presentes) muda: novos tipos de moléculas aparecem.
- Geralmente há troca de energia (liberação ou absorção), e o processo nem sempre é facilmente reversível por simples mudança de temperatura/pressão.
Agora aplique ao experimento B (reação decom ): a reação química balanceada é
Aqui as moléculas iniciais (
e
) deixam de existir como tais; os átomos reordenam-se formando novas moléculas
. A composição das espécies presentes mudou: antes não havia
(ou havia muito pouco), depois há água como produto. Há quebra e formação de ligações químicas (ligações H–H e O=O são quebradas; ligações O–H são formadas) e liberação de energia (a reação é altamente exotérmica). Portanto trata-se de mudança química.
Passo 5
Complementando com argumentos práticos e comparativos (para controlar o que observar na prova):
- Sinal observável da mudança física (experimento A): apenas mudança de estado; se condensarmos o vapor, recuperamos água líquida com a mesma composição — moléculas
permanecem idênticas. - Sinais observáveis da mudança química (experimento B): surgimento de uma substância nova (água) a partir de reagentes diferentes, liberação de calor/possível chama, mudança nas propriedades (p.ex. condutividade, ponto de ebulição) compatível com uma nova substância. Para reverter ao estado inicial seria necessário outro processo químico (p.ex. eletrólise para decompor
em e ), não basta simplesmente resfriar ou aquecer.
Passo 6
Resumo conceitual curto para decorar (útil para a prova):
- Se a identidade química (as moléculas/átomos ligados entre si) não muda, é mudança física.
- Se a identidade química muda (há novas moléculas com ligação diferente entre átomos), é mudança química.
A base da justificativa é sempre: a composição da matéria antes e depois é igual (mudança física) ou diferente (mudança química).
Passo 7
Aplicando a regra direta aos dois processos do enunciado e finalizando com a justificativa por composição:
- Aquecer gelo até evaporar: as moléculas permanecem
em todas as fases — composição inalterada → mudança física. - Reação de
com formando : as moléculas iniciais ( , ) desaparecem e surgem novas moléculas — composição alterada → mudança química.
Resposta
Aquecer o gelo até evaporar: mudança física — a composição química permanece
(apenas há troca de estado físico).
Reagir com
formando água: mudança química — a composição muda (
e
se reorganizam formando
), há quebra/formaçao de ligações químicas.
Reagir