A respeito dos estados físicos da matéria, responda:
Liste os três estados da matéria em ordem crescente de energia cinética (energia de movimento) de suas moléculas.
Liste os três estados da matéria em ordem crescente de energia cinética (energia de movimento) de suas moléculas.
Passo 1
O enunciado pede que eu liste os três estados da matéria em ordem crescente da energia cinética (energia de movimento) das suas moléculas. As informações que tenho do enunciado são:
- Preciso considerar exatamente três estados da matéria (os usuais): sólido, líquido e gasoso.
- O critério de ordenação é a energia cinética média das moléculas (energia do movimento molecular).
Passo 2
O que é energia cinética molecular? Em termos simples, energia cinética é a energia associada ao movimento das partículas. Para partículas em um gás ideal, a média da energia cinética translacional por molécula é dada por
onde:
-
é a energia cinética média por molécula (em joules), -
é a constante de Boltzmann ( ), -
é a temperatura absoluta em kelvin.
Isso diz que, em geral, quanto maior a temperatura, maior a energia cinética média das moléculas.
Passo 3
Como se comportam as moléculas nos diferentes estados (descrição qualitativa):
- Sólido: as moléculas estão presas em posições relativas fixas em uma rede; elas vibram em torno dessas posições, mas não há grande movimento translacional entre sítios. Logo, a componente de movimento livre é menor.
- Líquido: as moléculas ainda estão próximas, mas têm liberdade para deslocar-se umas em relação às outras (deslizamento). Há mais movimento translacional comparado ao sólido.
- Gasoso: as moléculas estão bem separadas e movem-se livremente em todas as direções, com velocidades relativamente altas; o movimento translacional domina.
Passo 4
Relação entre movimento e energia cinética (intuição): para passar de sólido para líquido e de líquido para gás costuma-se fornecer calor (energia). Parte dessa energia aumenta a energia cinética média das moléculas (além de alterar a energia potencial entre elas). Portanto, à medida que se vai do sólido para o líquido e do líquido para o gás, a liberdade de movimento das moléculas aumenta e, tipicamente, também aumenta a sua energia cinética média.
Passo 5
Observação útil para evitar confusão: se duas amostras diferentes estiverem exatamente na mesma temperatura, a contribuição média por grau de liberdade ao termo cinético segue a equipartição (proporcional a
). Porém, quando a questão pede a ordem entre sólido, líquido e gás em termos de “energia de movimento das moléculas”, o sentido convencional (usado em provas) é comparar a liberdade de movimento e a energia média típica nas fases — o que leva à ordenação que vou apresentar a seguir.
Passo 6
Conclusão lógica a partir dos passos anteriores: como as moléculas no sólido movem-se pouco, no líquido movem-se mais, e no gás movem-se muito, a energia cinética média cresce nessa mesma ordem. Portanto, a ordem crescente de energia cinética molecular é: sólido, líquido, gasoso.