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 \mathrm{H_2O}: cada molécula contém dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio.
  • O gás hidrogênio tem moléculas \mathrm{H_2}: duas átomos de hidrogênio por molécula.
  • O gás oxigênio tem moléculas \mathrm{O_2}: dois átomos de oxigênio por molécula.
    Quando a “composição” muda quer dizer que a identidade das moléculas presentes mudou (por exemplo, havia \mathrm{H_2} e \mathrm{O_2} e passaram a haver \mathrm{H_2O}). 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:
\mathrm{H_2O\,(s)} \longrightarrow \mathrm{H_2O\,(l)} \longrightarrow \mathrm{H_2O\,(g)}.
Em todas essas etapas a molécula é \mathrm{H_2O} — 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 de \mathrm{H_2} com \mathrm{O_2}): a reação química balanceada é
2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} \longrightarrow 2\mathrm{H_2O}.
Aqui as moléculas iniciais ( \mathrm{H_2} e \mathrm{O_2}) deixam de existir como tais; os átomos reordenam-se formando novas moléculas \mathrm{H_2O}. A composição das espécies presentes mudou: antes não havia \mathrm{H_2O} (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 \mathrm{H_2O} 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 \mathrm{H_2O} em \mathrm{H_2} e \mathrm{O_2}), 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 \mathrm{H_2O} em todas as fases — composição inalterada → mudança física.
  • Reação de \mathrm{H_2} com \mathrm{O_2} formando \mathrm{H_2O}: as moléculas iniciais ( \mathrm{H_2}, \mathrm{O_2}) desaparecem e surgem novas moléculas \mathrm{H_2O} — composição alterada → mudança química.

Resposta

Aquecer o gelo até evaporar: mudança física — a composição química permanece \mathrm{H_2O} (apenas há troca de estado físico).
Reagir \mathrm{H_2} com \mathrm{O_2} formando água: mudança química — a composição muda ( \mathrm{H_2} e \mathrm{O_2} se reorganizam formando \mathrm{H_2O}), há quebra/formaçao de ligações químicas.

Exercícios relacionados