Question

Uma mesma substância pode ser encontrada em diferentes fases de agregação na natureza.Como isso é possível? Cite exemplos.

Answer 1

Para responder esta pergunta, precisamos primeiro estabelecer a resposta para o seguinte questionamento: "Porque a matéria 'se agrega'?".

A resposta para esse questionamento está no nível molecular dos corpos. Analise a imagem que anexei aqui; nela, você pode ver algumas moléculas de água. Perceba que elas se conectam de formas peculiares. Nessas moléculas, três coisas estão acontecendo:

1 - Atração por Dispersão Eletrônica (Força Dipolo-Induzido / London)

Essa é a mais fraca das forças intermoleculares. Basicamente, nas moléculas de água, os elétrons se movem pelos átomos de forma desordenada. Dessa desordenação, em momentos muito específicos do tempo, os elétrons podem acabar ficando todos na mesma região da molécula. Isso faz com que a região com alta concentração de elétrons fique levemente negativa, enquanto as outras regiões ficam levemente positivas. Isso gera um dipolo na molécula, ou seja, uma existência de cargas contraditórias. Como sabemos, as partes positivas de uma partícula atraem as partes negativas de outra; logo, no caso das moléculas de água, existe uma atração muito fraca ocasionada por esse dipolo momentâneo.

2 - Atração por Polaridade Permanente (Força Dipolo-Dipolo)

Para a força anterior, confiávamos no movimento desordenado dos elétrons para produzir um dipolo. Nessa segunda força, no entanto, temos muito mais firmeza na ligação intermolecular. Nas moléculas de água, por exemplo, temos oxigênio se conectando a dois hidrogênios. Como a eletronegatividade do oxigênio é muito maior que a dos hidrogênios (3,5 contra 2,1), ele acaba atraindo com muito mais força os elétrons que compartilha com os hidrogênios. Isso, aliado ao fato que o oxigênio tem alguns elétrons de valência ao seu redor que ele não usou para fazer ligações, o deixa extremamente negativo, e faz com que os hidrogênios fiquem extremamente positivos. Como esse dipolo não é momentâneo, sua força é muito maior que a da força dipolo-induzido. Logo, as atrações entre as moléculas de água ficam ainda maiores com essa força dipolo-dipolo.

3 - Atração por Diferença Extrema de Eletronegatividade (Ligação de Hidrogênio / Ponte de Hidrogênio)

Como descrito na força anterior, o oxigênio é muito mais eletronegativo que o hidrogênio. Isso quer dizer que, além de gerar um dipolo permanente na molécula, o oxigênio intensifica ainda mais os polos moleculares, ocasionando a criação de uma força conhecida como ligação de hidrogênio. De fato, tanto o oxigênio quanto o nitrogênio e o flúor, quando conectados a um átomo de hidrogênio, possibilitam esse tipo de ligação. Quando dois oxigênios, nitrogênios ou flúores de diferentes moléculas se conectam a um mesmo hidrogênio, há a criação de um dipolo ridiculamente forte na região da ligação intermolecular, o que faz da ligação de hidrogênio a força intermolecular mais forte conhecida.

Com todos esses detalhes explanados, podemos compreender por que as substâncias se encontram em diferentes estados de agregação. Na temperatura ambiente, a água não tem energia o suficiente para romper todas as suas ligações intermoleculares; logo, fica no estado líquido. Mas em lugares muito frios, como em algumas partes dos oceanos, encontramos a água em estado sólido, como nas geleiras; isso pode ser explicado pela baixa energia das moléculas de água, o que acaba fazendo com que se tornem mais suscetíveis às forças conectoras intermoleculares. Quando a água está à temperatura ambiente e é excitada pela energia do sol, no entanto, suas partículas ficam tão agitadas que conseguem quebrar suas ligações intermoleculares e atingir o estado de gás.

O álcool também é um exemplo interessante. O etanol, à temperatura ambiente, é um líquido; porém, logo quando o aplicamos na pele, ele evapora, deixando uma sensação de frio. Isso se deve ao fato de o etanol ter absorvido energia do corpo humano para se excitar o suficiente para resistir às forças intermoleculares e passar para o estado de gás.

A naftalina é um exemplo interessante; à pressão padrão, suas moléculas passam automaticamente do estado sólido para o gás, ignorando o estado líquido no processo, e mostrando-se uma famosa exceção ao padrão de resistências às forças intermoleculares.