ciências da natureza e suas tecnologias - ciências ensino fundamental, 9º ano estados físicos da...

Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Ciências

Ensino Fundamental, 9º AnoEstados físicos da matéria e fatores que

influenciam na mudança dos estados físicos

Vamos começar este estudo fazendo algumas perguntas ...

1. É possível uma substância estar em mais de um estado físico ao mesmo tempo?

Mas antes de responder, precisaremos conhecer alguns conceitos fundamentais da Física ...

2. Existe alguma diferença entre Vapor e

Gás?3. Por que conseguimos cozinhar o alimento mais rapidamente utilizando uma panela de pressão?

4. Por que nas montanhas a água ferve abaixo de

100ºC?

Ciências, 9º Ano do Ensino FundamentalEstados físicos da matéria e fatores que influenciam na mudança dos estados físicos

Estados Físicos da MatériaEstados físicos da matéria ou fases são as diferentes formas de

como uma substância pode se apresentar no espaço.

Sólido Líquido Vapor

Os principais são:

Imagem: Almirante Harley D. Nygren / domínio público.

Imagem: kkic / GNU Free Documentation License. Im

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É quando os átomos das moléculas constituintes da matéria estão em um

estado de agitação baixo, podendo ser concentrados mais átomos em um

mesmo espaço físico. Possui forma e volume fixos.

Ex.: Bola de bilhar.

Por exemplo, a bola de bilhar, pode ser colocada em qualquer tipo de recipiente que ela não tomará a forma do recipiente, e o seu volume não vai aumentar ou diminuir.

A força de atração é maior que a força de repulsão entre suas

moléculas

Sólido

Sólido

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Imagem: Stanton McCandish / GNU Free Documentation License.


Líquido

Ocorre quando as moléculas já estão um pouco mais dispersas em relação

à mesma matéria no estado sólido. Substâncias no estado líquido têm

volume fixo, porém a sua forma pode variar.

A força de atração é aproximadamente

igual à força de repulsão entre suas

moléculas

Por exemplo, a água, se estiver em um copo, toma a forma do copo, se estiver

na jarra, fica na forma da jarra.

Ex.: Água.

Líquido

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VaporAcontece quando as partículas que

formam a matéria estão bastante afastadas, dispersas no espaço. Por isso,

elas podem ter a forma e o volume variáveis.

A força de atração é menor que a

força de repulsão entre suas moléculas

Por exemplo, o oxigênio pode ser comprimido dentro de um cilindro e tomar a forma desse

cilindro.

Ex.: Oxigênio.

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Imagem: Vantey / GNU Free Documentation License.


Mudanças de Estado FísicoA influência de fatores

externos como Pressão e Temperatura fazem a matéria se apresentar ora em um, ora

em outro estado físico.

As mudanças de um estado físico para outro recebem

denominações específicas... Ex.: Água coexistindo nos três estados físicos.

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Mudanças de Estado FísicoAbsorvem calor(transformações endotérmicas)

Liberam calor(transformações exotérmicas)

Solidificação Condensação (Liquefação)

Sólido (ordem) Líquido

Fusão Vaporização

Sublimação

Vapor ou gás (desordem)

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Características Importantes nas Mudanças de Estado Físico

Ponto de Fusão/Solidificação• Ponto de Fusão (PF) é a temperatura em

que uma substância muda do estado sólido para o estado líquido.

• Ponto de Solidificação (PS) corresponde ao processo inverso, embora as temperaturas sejam equivalentes.

Obs. O PF e o PS são obtidos em uma dada pressão. Quando esta não é citada, considera-se a pressão atmosférica


Características Importantes nas Mudanças de Estado Físico

Ponto de Ebulição/Liquefação

• Ponto de Ebulição (PE) a temperatura em que uma substância muda do estado líquido para o estado de vapor.

• Ponto de Liquefação (PL) ou de Condensação (PC) corresponde ao processo inverso, embora as temperaturas sejam equivalentes.

Obs. O PE e o PL ou PC são obtidos em uma dada pressão. Quando esta não é citada, considera-se a pressão atmosférica


ÁGUA PURATemperatura (°C) a 1

atm

Tempo

Sólido

Sólido

+

Líquido

Líquido

+

Vapor Vapor

PF = 0°C

PE = 100°C

Líquido

– 10°C

Diagrama de Mudança de Estado Físico


ÁGUA + AÇÚCARTemperatura (°C) a 1

atm

Tempo

Sólido

Sólido

+

Líquido

Líquido

+

Vapor

∆TE

– 15°C

∆TF

Vapor

Líquido



Temperatura (°C) a 1 atm

Tempo

Sólido

+

Líquido

Líquido

+

Vapor

MISTURAS EUTÉTICAS

∆TE

– 15°C

TF

Sólido

Vapor

Líquido

Misturas Eutéticas são misturas que mantêm sua

temperatura constante durante a

fusão/solidificação.



Temperatura (°C) a 1 atm

Tempo

Sólido

e

Líquido

Líquido

+

GasosoTE

– 15°C

∆TF

Sólido

Vapor

Líquido Misturas Azeotrópicas são misturas que mantêm sua

temperatura constante durante a

vaporização/condensação.

Diagrama de Mudança de Estado FísicoMISTURAS AZEOTRÓPICAS


Influência da Pressão

Pressão e Temperatura são grandezas diretamente proporcionais, assim, quanto MAIOR A PRESSÃO, MAIOR A

TEMPERATURA DE EBULIÇÃO.

Temperatura T Temperatura 3T

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Influência da Altitude

Quanto MAIOR a ALTITUDE, MENOR a TEMPERATURA DE EBULIÇÃO e vice-versa, visto que Pressão e Temperatura são grandezas diretamente proporcionais. Por esse motivo, a água ferve a uma temperatura mais baixa nas montanhas do que ao nível do mar!

pressão maior pressão menor

altit

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0m

2.203 m

3.640 m

8.844 m

Recife

Cidade do México

LaPaz

Monte Everest

La Paz: 87 ºC 3600 m

Quito: 90 ºC 2850 m

Brasília: 96 ºC 1100 m

São Paulo: 98 ºC 750 m

Santos: 100 ºCNível do mar 0 m

Alti

tudeEXEMPLO:


O Diagrama de FasesMapa de Pressões e

Temperaturas que indica os Estados

Físicos em que uma substância pura

pode se apresentar e suas possíveis

mudanças de Estado Físico.O Diagrama de

Fases é composto por

três curvas que delimitam tais

Estados Físicos.

Pre

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Temperatura0

pT

pC

Imagem produzida pelo Prof. Leandro Lima

SólidoLíquido

Vapor

Gás

1

Pc

PT 2

3

TT TC


O que representa cada curva?CURVA 1 - CURVA DE FUSÃO - SOLIDIFICAÇÃO: fronteira entre os

estados SÓLIDO-LÍQUIDO. Ou seja, sobre essa curva (com os respectivos valores de temperatura e pressão) a substância coexiste naqueles Estados Físicos sofrendo FUSÃO ou SOLIDIFICAÇÃO.

Pre

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Temperatura0

pT

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Sólido Líquido

Vapor

Gás

1

Pc

PT 2

3

TT TC

Ex.: O gelo derretendo ou a água congelando

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CURVA 2 - CURVA DE VAPORIZAÇÃO - CONDENSAÇÃO: fronteira entre os estados LÍQUIDO-VAPOR. Ou seja, sobre essa curva a substância coexiste naqueles Estados Físicos, sofrendo VAPORIZAÇÃO ou CONDENSAÇÃO.

Pre

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Sólido Líquido

Vapor

Gás

1

Pc

PT 2

3

TT TCEx.: A água evaporando ou a precipitação da chuva.

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O que representa cada curva?


CURVA 3: CURVA DE SUBLIMAÇÃO - RESSUBLIMAÇÃO: Fronteira entre os estados VAPOR-SÓLIDO. Ou seja, sobre essa curva, a substância coexiste naqueles Estados Físicos, sofrendo Sublimação ou Ressublimação (Sublimação Reversa).

Pre

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Sólido Líquido

Vapor

Gás

1

Pc

PT 2

3

TT TC

Ex.: O gelo seco virando “fumaça” ou o CO2 sendo transformado em gelo seco.

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O que representa cada curva?


Pontos-Conceitos Importantes

PT: PONTO TRIPLO:

Indica os valores de pressão e temperatura nos quais a substância

coexiste nos TRÊS ESTADOS FÍSICOS (Sólido, Líquido e

Vapor). É o ponto em que as três curvas se

interceptam.

Pre

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o

Temperatura0

pT


Sólido Líquido

Vapor

Gás

TT

PT


Pc: PONTO CRÍTICO: Indica

o limite que determina se a substância é um vapor ou

um GÁS. Ele mostra a temperatura crítica a partir

da qual a substância passa a ser um GÁS.

Afinal, existe diferença entre VAPOR e GÁS?

Pre

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SólidoLíquido

Vapor

Gás

TC

PC

Pontos-Conceitos Importantes


Qual a diferença entre VAPOR e GÁS?VAPOR: Estado Físico

que é capaz de estar em equilíbrio com o Estado Líquido ou Sólido, ou transformar-se nesses estados a partir da variação da Pressão ou Temperatura.Ex.: Quando colocamos água para ferver numa chaleira, obtemos água no estado de vapor.

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Ciências, 9º Ano Ensino FundamentalEstados físicos da matéria e fatores que influenciam na mudança dos estados físicos

GÁS: Estado Físico que não pode ser alterado apenas pela da variação da Temperatura. Para que haja mudanças no Estado Físico de um gás, é necessário que se varie a sua Pressão.

Ex.: O gás de cozinha (GLP – Gás Liquefeito de Petróleo). Dentro do botijão, ele se encontra no estado líquido por estar a altas pressões.

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Qual a diferença entre VAPOR e GÁS?


Diagrama de Fases da Água

No Ponto Triplo, temos:

TT = 0,01ºC e

pT = 4,579 mmHg (0,006 atm).

Com esses valores de temperatura e pressão, poderemos observar a água simultaneamente nos três estados: sólido (gelo), líquido (água) e vapor (vapor d’água).

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4,579

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P(mmHg)

t(ºC)

Águalíquida

Águasólida

Águavapor

Ponto triplo

solidificação

ebuli

ção

sublim

ação


Leia a tirinha ao lado e dê

uma explicação para o fato

ocorrido.

Tirinha encontrada em: http://meteoropole.com.br/site/wp-content/uploads/2011/10/agua-evapora.jpg


http://meteoropole.com.br/site/wp-content/uploads/2011/10/agua-evapora.jpg

http://meteoropole.com.br/site/wp-content/uploads/2011/10/agua-evapora.jpg

Curiosidade: A panela de Pressão

Ao nível do mar, nas panelas abertas, a água ferve a uma temperatura próxima de 100ºC.

Ao nível do mar, nas panelas abertas, a água ferve a uma temperatura próxima de 100ºC.

Imagem: ArnoldReinhold / GNU Free Documentation License.


Como o próprio nome sugere, na panela de pressão, a pressão interna é bem maior que a externa, fazendo a temperatura de ebulição da água aumentar, passando a ser algo em torno de 120ºC.

Nessas condições, estaremos cozendo o alimento a uma temperatura maior que numa panela aberta, gastando, assim, menos tempo para o cozimento.

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Curiosidade: A panela de Pressão


Cuidados com a Panela de Pressão

Siga essas orientações e Evite Acidentes.

1 – Só adquira panelas de pressão de lojas. Nunca de ambulantes.

2 – Coloque os condimentos. Tempero e verduras após a utilização da pressão no alimento.

3 – Siga a indicação de volume de alimento e água indicado no manualde instrução da panela.

4 – Observe a panela enquanto estiver no fogo, verificando se a válvula de pressão está funcionandonormalmente.

5 – Posicione o cabo da panela para o interior dofogão.

6 – Remova os resíduos deGordura da válvula para nãoocorrer obstrução.

7 – Lave e guardeseparadamente a borracha e a tampa da panela.


CIÊNCIAS, 9º ANOEstados físicos da matéria e fatores que influenciam na mudança dos estados físicos

Vamos

Exercitar?

do Ensino Fundamental

Observe os seguintes fatos:

I – Uma pedra de naftalina deixada no armário.II – Uma vasilha com água deixada no freezer.III – Uma vasilha com água deixada no fogo.IV – O derretimento de um pedaço de chumbo quando aquecido.

Nestes fatos, estão relacionados corretamente os seguintes fenômenos:a) I – sublimação, II – solidificação, III – vaporização, IV –

fusão.b) I – sublimação, II – solidificação, III – fusão, IV –

vaporização.c) I – fusão, II – sublimação, III –vaporização, IV –

solidificação.d) I – vaporização, II- solidificação, III – fusão, IV –

sublimação.e) I – vaporização, II – sublimação, II –fusão, IV –

solidificação.

Exercício 01Resolução

Sublimação

SolidificaçãoVaporização

Fusão

a) I – sublimação, II – solidificação, III – vaporização, IV – fusão.



(UFRJ) Podemos classificar como processo endotérmico e exotérmico, respectivamente, as mudanças de estado: a) liquefação e solidificação.b) condensação e sublimação.c) solidificação e evaporação.d) fusão e liquefação.e) evaporação e fusão.

Exercício 02

ResoluçãoUm PROCESSO ENDOTÉRMICO é aquele que necessita RECEBER calor para acontecer Fusão, Vaporização e Sublimação

Um PROCESSO EXOTÉRMICO é aquele que necessita PERDER calor para acontecer Solidificação, Condensação/Liquefação e Ressublimação

d) fusão e liquefação.



(Covest-2000) Uma panela X, com água, e outra Y, com água salgada, são levadas ao fogo e, após algum tempo, seus conteúdos encontram-se em ebulição. O gráfico que melhor descreve a variação de temperatura (eixo das ordenadas) dos líquidos em relação ao tempo (eixo das abscissas) durante a ebulição é:a)

b)

c)

d)

e)

X

YX

Y X

Y X

Y X

Y

X

Y

Exercício 03



ExtrasVÍDEO DO YOUTUBECalor específicoLink: http://www.youtube.com/watch?v=dLZVp4m49kA CalorimetriaLink: http://www.youtube.com/watch?v=X_JR7OpoNxE SIMULAÇÃO COMPUTACIONALTransferência de calor entre um metal e a águaLink: http://group.chem.iastate.edu/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/thermochem/heat_metal.html Equilíbrio térmicoLink: http://group.chem.iastate.edu/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/thermochem/thermoEquiv.html EXPERIÊNCIAS/ EXPERIMENTOSCapacidade térmica do calorímetro (Determinação)Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala08/08_32.asp

CURIOSIDADESEquivalente mecânico do calorLink: http://www.feiradeciencias.com.br/sala08/ET_05.asp LISTAS DE EXERCÍCIOSCola da WebLink: http://www.coladaweb.com/exercicios-resolvidos/exercicios-resolvidos-de-fisica/calorimetria


http://www.youtube.com/watch?v=dLZVp4m49kA

http://www.youtube.com/watch?v=X_JR7OpoNxE

http://group.chem.iastate.edu/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/thermochem/heat_metal.html

http://group.chem.iastate.edu/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/thermochem/thermoEquiv.html

http://www.feiradeciencias.com.br/sala08/08_32.asp

http://www.feiradeciencias.com.br/sala08/ET_05.asp

http://www.coladaweb.com/exercicios-resolvidos/exercicios-resolvidos-de-fisica/calorimetria

Obrigado pela Atenção!


Bibliografia• BENIGNO, Barreto Filho; XAVIER, Cláudio da Silva. Física aula por aula. 1. ed.

Vol. 02. São Paulo: Editora FTD, 2010.• GASPAR, Alberto. Compreendendo a Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Ática,

2011. • GUALTER; HELOU; NEWTON. Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Saraiva, 2011. • MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 1. ed. Vol. 02. São

Paulo: Editora Scipione, 2011.• <http://educar.sc.usp.br> Acesso em 13/06/2012.• <http://pt.wikipedia.org> Acesso em 13/06/2012.• <http://www.ciencia-cultura.com/Pagina_Fis> Acesso em 13/06/2012.• <http://www.coladaweb.com/fisica> Acesso em 13/06/2012.• <http://www.fisica.ufs.br> Acesso em 13/06/2012.• <http://www.fisicafacil.pro.br> Acesso em 13/06/2012.• <http://www.if.ufrj.br> Acesso em 13/06/2012.• <http://www.infoescola.com/fisica> Acesso em 13/06/2012.• <http://www.mundoeducacao.com.br> Acesso em 13/06/2012.• <http://www.sofisica.com.br/conteudos> Acesso em 13/06/2012.


http://educar.sc.usp.br/

http://educar.sc.usp.br/

http://pt.wikipedia.org/

http://www.ciencia-cultura.com/Pagina_Fis

http://www.coladaweb.com/fisica

http://www.fisica.ufs.br/

http://www.fisicafacil.pro.br/

http://www.if.ufrj.br/

http://www.infoescola.com/fisica

http://www.mundoeducacao.com.br/

http://www.sofisica.com.br/conteudos

Tabela de Imagensn° do slide

direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se conseguiu a informação Data do Acesso

3a Almirante Harley D. Nygren / domínio

público.http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sea_ice_terrain.jpg

24/10/2012

3b kkic / GNU Free Documentation License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Jezioro_Dybrzyk.jpg

24/10/2012

3c Kevin Saff / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Yellowstone_Steam.jpg

24/10/2012

4a Benjah-bmm27 / domínio público. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sodium-chloride-3D-ionic.png

24/10/2012

4b Stanton McCandish / GNU Free Documentation License.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Striped_8_ball.jpg

24/10/2012

5a P99am / GNU Free Documentation License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liquid-water-and-ice.png

24/10/2012

5b Walter J. Pilsak / GNU Free Documentation License.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stilles_Mineralwasser.jpg

24/10/2012

6a Jlpons / domínio público. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gaz_molecules.gif

24/10/2012

6b Vantey / GNU Free Documentation License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oxygen_cylinders_for_MRI_room.jpg

24/10/2012

7 Uwe Kils e Wiska Bodo / GNU Free Documentation License.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iceberg.jpg 24/10/2012



8a Prattflora / GNU Free Documentation

License.http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ice_cube_tray.jpg

24/10/2012

8b Tysto / domínio público. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glass-of-water.jpg

24/10/2012

8c P.wormer / GNU Free Documentation License.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kettle.JPG 24/10/2012

15 Egmason / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Temperature_Pressure_Law.svg

24/10/2012

18 Darren Hester / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ice_cubes_openphoto.jpg

24/10/2012

19 John M. Evans/USGS-USA Gov / domínio público.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Ciclo_da_%C3%A1gua.jpg

24/10/2012

20 Nevit / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dry_ice_9669_Nevit.jpg

24/10/2012

23 Erich Ferdinand / Creative Commons Attribution 2.0 Generic.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Copper_Kettle.jpg

24/10/2012

24 Krish Dulal / GNU Free Documentation License.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:LP_gas_cilinder.jpg

24/10/2012

25 Uwe Kils e Wiska Bodo / GNU Free Documentation License.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iceberg.jpg 24/10/2012



27 ArnoldReinhold / GNU Free Documentation

License.http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pot.agr.jpg 24/10/2012

28a Wikinaut / GNU Free Documentation License.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pressure_cooker.jpg

24/10/2012

28b Karl Gruber / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:K%C3%BCchenmuseum_4917.jpg

24/10/2012

ciências da natureza e suas tecnologias - ciências ensino fundamental, 9º ano estados físicos da...

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