1. Quantos estados da matéria você conhece. Explique a nível molecular quais diferenças existem entre eles. Fundamente sua explicação.

Passo 1

O enunciado pede para dizer quantos estados da matéria conhecemos e explicar, a nível molecular, as diferenças entre eles, fundamentando a explicação no equilíbrio entre a energia cinética média das partículas e as forças de atração intermolecular. O conteúdo envolve o modelo cinético–molecular e a noção de forças de coesão.

Passo 2

Usamos como critério de classificação a relação entre a energia cinética média das partículas \langle E_k\rangle e a intensidade das forças intermoleculares \langle F_{int}\rangle. Quando \langle E_k\rangle é muito menor, comparável ou muito maior que \langle F_{int}\rangle, obtemos diferentes estados da matéria. Os principais estados são:
  1. Sólido
  2. Líquido
  3. Gasoso
  4. Plasma

Passo 3

No estado sólido \langle E_k\rangle \ll \langle F_{int}\rangle. As partículas (átomos ou moléculas) ocupam posições fixas num retículo cristalino ou num arranjo amorfo rígido. Elas só vibram em volta de posições médias e não se movem livremente, dando forma e volume próprios ao sólido.

Passo 4

No estado líquido \langle E_k\rangle tem valor comparável a \langle F_{int}\rangle. As partículas ainda estão próximas, de modo que as forças de coesão mantêm o volume, mas têm energia suficiente para se rearranjarem e deslizar umas sobre as outras. Por isso o líquido tem volume definido, mas adapta a forma do recipiente.

Passo 5

No estado gasoso \langle E_k\rangle \gg \langle F_{int}\rangle. As partículas movem-se livremente e muito rápido, com colisões elásticas pontuais. As forças intermoleculares tornam-se desprezíveis entre as colisões, de modo que o gás não tem forma nem volume fixos e se expande para preencher o recipiente.

Passo 6

No estado plasma \langle E_k\rangle é tão alto que arranca elétrons dos átomos, gerando um gás de íons e elétrons livres. As colisões tornam-se ionizantes e os fenômenos coletivos de natureza eletromagnética passam a dominar o comportamento do plasma, que também não tem forma nem volume fixos.

Passo 7

Além desses quatro, existem estados exóticos, como o condensado de Bose–Einstein, obtido em temperaturas próximas de 0 K, onde \langle E_k\rangle é tão baixa que as funções de onda se sobrepõem e formam um único estado quântico macroscópico. Mas esses são observados apenas em condições laboratoriais muito específicas.

Passo 8

Resumindo, cada estado resulta do balanço entre \langle E_k\rangle e \langle F_{int}\rangle:
  • Sólido: baixa \langle E_k\rangle, altas forças → estrutura fixa.
  • Líquido: \langle E_k\rangle\sim\langle F_{int}\rangle → volume fixo e forma fluida.
  • Gás: alta \langle E_k\rangle, baixas forças → sem forma nem volume fixos.
  • Plasma: energia ainda maior → ionização e comportamento eletromagnético.

Resposta

Conheço quatro estados principais da matéria — sólido, líquido, gasoso e plasma — cujas diferenças moleculares se fundamentam no equilíbrio entre a energia cinética média das partículas e as forças intermoleculares. Além deles, há estados exóticos como o condensado de Bose–Einstein em temperaturas próximas de 0 K.

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