A Matéria e suas Propriedades

Sobre a Matéria

Não podemos iniciar o estudo da Química sem falar sobre a matéria. Afinal, tudo o que estudamos nessa ciência está relacionado, direta ou indiretamente, à matéria e às suas transformações.

Segundo o modelo científico mais aceito atualmente, o universo surgiu a partir de um estado extremamente quente e denso, em um evento conhecido como Big Bang.

Nos primeiros instantes após esse evento começaram a surgir as partículas que mais tarde dariam origem aos átomos. A partir desses átomos formaram-se as estrelas, os planetas e todas as substâncias que conhecemos hoje.

Em outras palavras, a matéria que compõe uma pedra, uma árvore, um oceano ou até mesmo o seu corpo possui uma história que começou há bilhões de anos, nos primórdios do universo.

De certa forma, cada objeto que observamos ao nosso redor é resultado das transformações dessa mesma matéria ao longo do tempo.

E isso nos leva a uma pergunta fundamental: o que é matéria?

Matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço.

Você pode estar se perguntando: então tudo é matéria? Não. A luz, o som, o calor e os campos magnéticos não são matéria, pois não possuem massa nem ocupam espaço da mesma forma que os objetos materiais. Por outro lado, praticamente tudo aquilo que podemos tocar, segurar ou observar ao nosso redor é constituído de matéria.

Os químicos dedicam-se justamente a compreender as características, propriedades, fenômenos e transformações da matéria. Afinal, ao entendermos como a matéria se comporta, somos capazes de transformá-la e utilizá-la de inúmeras maneiras.

Estados Físicos

Uma das primeiras características que podemos observar na matéria é que ela pode se apresentar em diferentes estados físicos. De maneira introdutória, consideraremos os três estados físicos mais comuns: sólido, líquido e gasoso.

Para entender melhor esses estados, vamos utilizar a água como exemplo.

Quando a água está no estado sólido, formando o gelo, ela possui forma definida. Isso significa que, se retirarmos um cubo de gelo da forma e o colocarmos em um copo ou sobre um prato, ele continuará apresentando praticamente o mesmo formato. A simples troca de recipiente não altera sua forma.

Já a água líquida comporta-se de maneira diferente. Se transferirmos a água de um copo para um prato, ela se espalhará pela superfície do recipiente. Se a derramarmos sobre uma mesa, ela escorrerá. Nesse caso, a água mantém seu volume, mas assume a forma do recipiente que a contém.

No estado gasoso, o comportamento é ainda mais diferente. As partículas ficam tão livres que tendem a ocupar todo o espaço disponível. Pense em um gás vazando de um botijão: inicialmente ele ocupa a cozinha, depois se espalha pelos demais cômodos e, se houver comunicação com o ambiente externo, continua se dispersando. Por isso dizemos que os gases não possuem forma nem volume definidos.

Mas o que determina o estado físico da matéria?

Toda matéria é formada por partículas. Essas partículas estão constantemente em movimento e exercem forças de atração umas sobre as outras. A energia associada a essas atrações é chamada energia potencial, enquanto a energia associada ao movimento é chamada energia cinética.

Assim, podemos imaginar uma disputa constante entre duas tendências: a energia potencial, que tende a manter as partículas próximas, e a energia cinética, que tende a afastá-las e aumentar sua movimentação.

No estado sólido predominam as forças de atração entre as partículas. Como consequência, elas permanecem muito próximas e possuem pouca liberdade de movimento.

À medida que fornecemos energia à matéria, a energia cinética das partículas aumenta. Elas passam a se movimentar mais intensamente e conseguem vencer parcialmente as forças de atração, originando o estado líquido.

Se continuarmos fornecendo energia, a movimentação torna-se ainda mais intensa. As partículas conseguem afastar-se significativamente umas das outras e passamos a observar o estado gasoso.

Mudanças de estado físico da matéria

Agora que compreendemos por que a matéria pode existir nos estados sólido, líquido e gasoso, podemos responder a uma nova pergunta: o que acontece quando a matéria muda de estado físico?

A passagem do estado sólido para o estado líquido recebe o nome de fusão. Como esse processo exige absorção de energia do ambiente, dizemos que a fusão é uma transformação endotérmica.

À medida que a energia cinética aumenta, as moléculas passam a se movimentar cada vez mais rapidamente. Chega um momento em que essa movimentação se torna suficientemente intensa para vencer quase completamente as forças de atração entre elas. Nesse instante ocorre a passagem do estado líquido para o estado gasoso, transformação conhecida como vaporização. Assim como a fusão, a vaporização também é uma transformação endotérmica.

Quando o vapor perde energia, as moléculas passam a se movimentar mais lentamente e as forças de atração começam a aproximá-las novamente. Ocorre então a passagem do estado gasoso para o estado líquido, chamada condensação ou liquefação. Por haver liberação de energia, trata-se de uma transformação exotérmica.

Um exemplo bastante comum ocorre quando retiramos uma garrafa gelada da geladeira. O que observamos na parte externa não é água que atravessou o vidro — é o vapor de água do ar condensando-se ao entrar em contato com a superfície fria.

A passagem do estado líquido para o estado sólido recebe o nome de solidificação. Assim como a condensação, é uma transformação exotérmica.

Existem ainda situações em que a matéria pode passar diretamente do estado sólido para o estado gasoso, sem passar pelo estado líquido. Essa transformação recebe o nome de sublimação. Um exemplo é a naftalina utilizada em armários: com o passar do tempo, ela parece desaparecer, pois suas partículas estão passando lentamente do estado sólido para o estado gasoso.

O processo inverso também pode ocorrer: quando um gás perde energia de forma intensa, suas partículas podem passar diretamente para o estado sólido. Essa transformação recebe o nome de ressublimação ou deposição. Um exemplo pode ser observado em regiões muito frias, onde o vapor de água se transforma diretamente em cristais de gelo, formando a geada.

O processo de vaporização pode acontecer de três formas diferentes. A evaporação é lenta e ocorre apenas na superfície do líquido — é o que acontece quando roupas secam no varal. A ebulição é mais rápida e ocorre em toda a massa do líquido, com formação de bolhas em seu interior. Já a calefação ocorre quando um líquido entra em contato com uma superfície muito mais quente do que sua temperatura de ebulição, e a vaporização acontece quase instantaneamente.

Transformações Físicas e Químicas

Ao longo do nosso dia a dia observamos inúmeras transformações: o gelo derrete, a água evapora, o ferro enferruja, a madeira queima, o papel é rasgado, o açúcar se dissolve na água. Embora todas essas situações envolvam mudanças, elas não acontecem da mesma forma.

Nos fenômenos físicos não ocorre alteração da composição da matéria. A substância continua sendo a mesma antes e depois da transformação. Quando o gelo derrete, por exemplo, tanto o gelo quanto a água líquida são constituídos pelas mesmas moléculas de H₂O. O mesmo acontece quando amassamos uma folha de papel, quebramos um copo de vidro ou dissolvemos açúcar na água.

Já nos fenômenos químicos ocorre a formação de novas substâncias. As substâncias presentes após a transformação são diferentes daquelas que existiam inicialmente. Um exemplo clássico é a queima da madeira: antes da combustão temos madeira, após a transformação surgem cinzas, dióxido de carbono, vapor de água e diversas outras substâncias. Outro exemplo é a formação da ferrugem: o ferro reage com o oxigênio presente no ar e produz óxidos de ferro, com propriedades completamente diferentes do ferro metálico original.

Uma maneira simples de diferenciar esses fenômenos é fazer a seguinte pergunta: a substância continua sendo a mesma após a transformação? Se sim, estamos diante de um fenômeno físico. Se não, estamos diante de um fenômeno químico.

Propriedades da matéria

As propriedades são características que nos permitem descrever, identificar e diferenciar os materiais existentes na natureza. De maneira geral, podemos classificá-las em três grupos: propriedades gerais, propriedades organolépticas e propriedades físicas.

As propriedades gerais são características comuns a toda matéria — massa, volume e impenetrabilidade. Por estarem presentes em praticamente qualquer material, elas não permitem identificar uma substância específica.

As propriedades organolépticas são aquelas que podem ser percebidas pelos nossos sentidos: cor, odor, sabor, brilho e textura. Essas características muitas vezes nos ajudam a reconhecer materiais no cotidiano, mas nem sempre são suficientes para identificar uma substância com segurança.

As propriedades físicas são características que podem ser medidas ou determinadas por meio de experimentos. Entre as mais importantes estão a densidade, a temperatura de fusão e a temperatura de ebulição. A água, por exemplo, funde-se a aproximadamente 0 °C e entra em ebulição a aproximadamente 100 °C, ao nível do mar. Esses valores são tão característicos que podem ser utilizados para ajudar na identificação de uma substância. Também podemos destacar dureza, solubilidade, condutividade elétrica e condutividade térmica.

Ao longo do estudo da Química veremos que muitas vezes é justamente por meio dessas propriedades que conseguimos identificar materiais, prever seu comportamento e compreender suas aplicações no cotidiano.