Como você relaciona a energia cinética e a energia de atração entre as partículas na definição dos estados físicos da matéria?
Passo 1
O enunciado pede para relacionar a energia cinética média das partículas e a energia de atração intermolecular na definição dos estados físicos da matéria (sólido, líquido, gasoso e plasma). O conteúdo envolve física estatística e termodinâmica: a competição entre essas duas energias determina em que estado a matéria se encontra.
Passo 2
A energia cinética média de translação de uma partícula numa amostra em equilíbrio térmico à temperatura T é dada por
\langle E_{\rm cin}\rangle = \frac{3}{2}\,k_B\,T
onde k_B é a constante de Boltzmann. Essa energia tende a afastar e dispersar as partículas.
Passo 3
A energia potencial média de atração \langle E_{\rm pot}\rangle mede a coesão entre as partículas e é caracterizada pela profundidade do poço de potencial intermolecular (por exemplo, o parâmetro \epsilon do potencial de Lennard-Jones). Em geral \langle E_{\rm pot}\rangle<0 e |\langle E_{\rm pot}\rangle| é a energia de ligação típica.
Passo 4
Para decidir o estado da matéria a gente compara as magnitudes pela razão
R \;=\;\frac{\langle E_{\rm cin}\rangle}{\bigl|\langle E_{\rm pot}\rangle\bigr|}\,.
Se R\ll1, as forças de atração vencem e as partículas vibram em posições quase fixas (sólido). Se R\sim1, há mobilidade com coesão moderada (líquido). Se R\gg1, a energia térmica vence e as partículas se movem livremente (gás). Quando R é muito grande e ocorre ionização, aparece o plasma.
Resposta
A matéria muda de estado conforme a energia cinética média \langle E_{\rm cin}\rangle cresce ou decresce em relação à energia de atração \bigl|\langle E_{\rm pot}\rangle\bigr|. Para \langle E_{\rm cin}\rangle\ll\bigl|\langle E_{\rm pot}\rangle\bigr| temos sólido; para valores comparáveis, líquido; para \langle E_{\rm cin}\rangle\gg\bigl|\langle E_{\rm pot}\rangle\bigr| temos gás; e para \langle E_{\rm cin}\rangle muito alto, com ionização, plasma.