A matéria é o "material" que compõe o universo - tudo o que ocupa espaço e tem massa é matéria.
Toda a matéria é composta de átomos, que por sua vez são compostos de prótons, nêutrons e elétrons.
Os átomos se reúnem para formar moléculas, que são os alicerces de todos os tipos de matéria, de acordo com a Universidade Estadual de Washington. Átomos e moléculas são mantidos juntos por uma forma de energia potencial chamada energia química. Ao contrário da energia cinética, que é a energia de um objeto em movimento, a energia potencial é a energia armazenada em um objeto.
As cinco fases da matéria
Existem quatro estados naturais da matéria: sólidos, líquidos, gases e plasma. O quinto estado são os condensados Bose-Einstein fabricados pelo homem.
Sólidos
Em um sólido, as partículas são agrupadas firmemente para que não se movam muito. Os elétrons de cada átomo estão constantemente em movimento, então os átomos têm uma pequena vibração, mas eles estão fixos em sua posição. Por esse motivo, as partículas em um sólido têm uma energia cinética muito baixa.
Os sólidos têm uma forma definida, além de massa e volume, e não estão em conformidade com a forma do recipiente em que são colocados. Os sólidos também têm uma alta densidade, o que significa que as partículas estão bem juntas.
Líquidos
Em um líquido, as partículas são mais frouxamente compactadas que em um sólido e são capazes de fluir umas nas outras, dando ao líquido uma forma indefinida. Portanto, o líquido estará em conformidade com a forma do seu recipiente.
Assim como os sólidos, os líquidos (a maioria dos quais tem uma densidade menor que os sólidos) são incrivelmente difíceis de compactar.
Gases
Em um gás, as partículas têm muito espaço entre elas e possuem alta energia cinética. Um gás não tem forma ou volume definido. Se não estiverem confinadas, as partículas de um gás se espalharão indefinidamente; se confinado, o gás se expandirá para encher seu recipiente. Quando um gás é colocado sob pressão, reduzindo o volume do recipiente, o espaço entre as partículas é reduzido e o gás é comprimido.
Plasma
O plasma não é um estado comum da matéria aqui na Terra, mas pode ser o estado mais comum da matéria no universo, de acordo com o Laboratório Jefferson. Estrelas são essencialmente bolas de plasma superaquecidas.
O plasma consiste em partículas altamente carregadas com energia cinética extremamente alta. Os gases nobres (hélio, néon, argônio, criptônio, xenônio e radônio) são frequentemente usados para produzir sinais luminosos usando eletricidade para ionizá-los no estado plasmático.
Condensado de Bose-Einstein
O condensado de Bose-Einstein (BEC) foi criado por cientistas em 1995. Usando uma combinação de lasers e ímãs, Eric Cornell e Carl Weiman, cientistas do Instituto Conjunto de Astrofísica de Laboratório (JILA) em Boulder, Colorado, resfriaram uma amostra de rubídio. a alguns graus de zero absoluto. A essa temperatura extremamente baixa, o movimento molecular chega muito perto de parar. Como quase não há energia cinética sendo transferida de um átomo para outro, os átomos começam a se agrupar. Não existem mais milhares de átomos separados, apenas um "super átomo".
Um BEC é usado para estudar a mecânica quântica em um nível macroscópico. A luz parece diminuir à medida que passa através de um BEC, permitindo que os cientistas estudem o paradoxo de partículas / ondas. Um BEC também possui muitas das propriedades de um superfluido ou de um fluido que flui sem atrito. Os BECs também são usados para simular condições que possam existir em buracos negros.
Passando por uma fase
Adicionar ou remover energia da matéria causa uma mudança física à medida que a matéria se move de um estado para outro. Por exemplo, adicionar energia térmica (calor) à água líquida faz com que ela se torne vapor ou vapor (um gás). E remover a energia da água líquida faz com que ela se torne gelo (um sólido). Alterações físicas também podem ser causadas por movimento e pressão.
Fusão e congelação
Quando o calor é aplicado a um sólido, suas partículas começam a vibrar mais rapidamente e a se afastar. Quando a substância atinge uma certa combinação de temperatura e pressão, seu ponto de fusão, o sólido começa a derreter e se transformar em líquido.
Quando dois estados da matéria, como sólido e líquido, estão na temperatura e pressão de equilíbrio, o calor adicional adicionado ao sistema não fará com que a temperatura geral da substância aumente até que toda a amostra atinja o mesmo estado físico. Por exemplo, quando você coloca gelo em um copo de água e o deixa à temperatura ambiente, o gelo e a água acabam chegando à mesma temperatura. À medida que o gelo derrete com o calor proveniente da água, ele permanece a zero graus Celsius até o cubo inteiro derreter antes de continuar a aquecer.
Quando o calor é removido de um líquido, suas partículas diminuem a velocidade e começam a se instalar em um local dentro da substância. Quando a substância atinge uma temperatura suficientemente baixa a uma certa pressão, o ponto de congelamento, o líquido se torna um sólido.
A maioria dos líquidos se contrai quando congela. A água, no entanto, se expande quando congela no gelo, fazendo com que as moléculas se afastem e diminuam a densidade, razão pela qual o gelo flutua sobre a água.
A adição de substâncias adicionais, como sal na água, pode alterar os pontos de fusão e congelamento. Por exemplo, adicionar sal à neve diminuirá a temperatura que a água congela nas estradas, tornando mais segura para os motoristas.
Há também um ponto, conhecido como ponto triplo, onde sólidos, líquidos e gases existem simultaneamente. A água, por exemplo, existe nos três estados a uma temperatura de 273,16 Kelvin e a uma pressão de 611,2 pascal.
Sublimação
Quando um sólido é convertido diretamente em um gás sem passar por uma fase líquida, o processo é conhecido como sublimação. Isso pode ocorrer quando a temperatura da amostra é rapidamente aumentada além do ponto de ebulição (vaporização instantânea) ou quando uma substância é "liofilizada", resfriando-a sob condições de vácuo, de modo que a água na substância sofra sublimação e é removida da água. a amostra. Algumas substâncias voláteis sofrerão sublimação à temperatura e pressão ambiente, como dióxido de carbono congelado ou gelo seco.
Vaporização
A vaporização é a conversão de um líquido em um gás e pode ocorrer por evaporação ou fervura.
Como as partículas de um líquido estão em movimento constante, elas freqüentemente colidem umas com as outras. Cada colisão também faz com que a energia seja transferida e, quando energia suficiente é transferida para as partículas próximas à superfície, elas podem ser completamente removidas da amostra como partículas livres de gás. Os líquidos esfriam à medida que evaporam porque a energia transferida para as moléculas da superfície, que causa sua fuga, é levada consigo.
O líquido ferve quando calor suficiente é adicionado a um líquido para formar bolhas de vapor abaixo da superfície. Esse ponto de ebulição é a temperatura e a pressão na qual um líquido se torna um gás.
Condensação e deposição
A condensação ocorre quando um gás perde energia e se reúne para formar um líquido. Por exemplo, o vapor de água condensa em água líquida.
A deposição ocorre quando um gás se transforma diretamente em um sólido, sem passar pela fase líquida. O vapor d'água se torna gelo ou geada quando o ar que toca um sólido, como uma folha de grama, é mais frio que o resto do ar.
