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Transcrição de vídeo

bom eu acho que já estamos razoavelmente habituados com os três estados da matéria em nosso cotidiano em temperaturas altíssimas existe um quarto estado mas os três estados com os quais normalmente damos são algo que pode ser um sólido um líquido o que pode ser um gás temos essa noção geral e acho que a água é o exemplo que sempre vem pelo menos na minha mente o sólido acontece quando as coisas estiverem mais frias relativamente mais frias e conforme você aquece você vai para um estado líquido e conforme você aquece mais ainda você vai para o estado gasoso portanto você vai do mais frio para o mais quente e no caso da água quando você for um sólido você é gelo quando for um líquido algumas pessoas chamaram de água gelada mas vamos chamar de água líquida acho que já sabemos o que é isso e quando estiver no estado gasoso é essencialmente vapor o vapor d'água vamos pensar um pouco sobre o que ao menos no caso da água ea analogia vai se estender aos outros tipos de moléculas mas o que a água tem que a faz só lida quando mais fria o que ela tem que permite que seja líquida e vou ser franco os líquidos são um tanto mais fascinante porque você nunca pode simplificá los eu acho que a melhor maneira de vê los ou um gás então vamos desenhar uma molécula de água portanto há oxigênio tem algumas ligações de hidrogênio e tem também dois países traz de elétrons de valência no oxigênio alguns vídeos atrás disse amos que o oxigênio é muito mais eletronegativa que o hidrogênio oxigênio gosta de atrair elétrons mesmo que isso mostre que estão compartilhando elétrons aqui e aqui nas extremidades dessas linhas você pode ver que o hidrogênio está contribuindo com um elétron e oxigênio está contribuindo com um elétron nas duas extremidades daquela linha sabemos que por causa da eletronegatividade ou a relativa eletronegatividade do oxigênio ele está atraindo esses elétrons então os elétrons passam muito mais tempo ao redor do oxigênio do que ao redor do hidrogênio o resultado disso é que na extremidade do oxigênio da molécula você vai ter uma carga parcial negativa já falamos um pouco sobre isso na extremidade do hidrogênio na molécula você vai ter uma carga ligeiramente positiva se essas moléculas tiverem uma energia cinética baixa elas estão se movimentando muito então as extremidades positivas dos hidrogênios estão bem atraídas pelas extremidades negativas do oxigênio das outras moléculas ou desenhar mais algumas moléculas quando falamos sobre o estado físico da matéria estamos pensando na verdade sobre como as moléculas estão interagindo umas com as outras não apenas sobre como os átomos interagem entre si dentro da molécula eu desenhei somente um oxigênio vou copiar e colar isso mas eu poderia desenhar vários oxigênios e digamos que aquele hidrogênio queira ficar perto de si oxigênio porque este tem uma carga parcial negativa este tem uma carga parcial positivo então eu poderia fazer mais um logo ali e talvez tenhamos apenas para mostrar o que quero dizer esses dois hidrogênio saque talvez um oxigênio queira ficar ali então você talvez tenha um oxigênio que queira ficar aqui porque ele tenha carga parcial negativa que e está conectado os dois hidrogênios ben ali que possuem suas cargas parciais positivas você pode perceber uma estrutura em forma de rede ou desenhar essas ligações essas ligações polares que começam a se formar entre as partículas essas ligações são chamadas de ligações polares porque as moléculas insistam polares e você pode ver que elas formam uma estrutura em forma de rede e se cada uma dessas moléculas não tiver muita energia cinética poderíamos dizer que a energia cinética média dessa matéria é relativamente baixa mas o que sabemos sobre a energia cinética média isso é temperatura então essa estrutura em forma da rede será sólida essas moléculas não vão se mover em relação às outras eu poderia desenhar muito mais moléculas mas eu acho que você entendeu que estamos formando uma estrutura fixa e quando estamos no estado sólido conforme adicionamos energia cinética conforme acrescentamos calor o que acontecerá com as moléculas é que elas passaram a vibrar um pouquinho se eu fosse um cartunista eu poderia desenhar essas marcações para indicar a vibração isso não é muito científico mas elas vibrariam começariam dar uma leve tremida estou dizendo flashes para indicar que estão vibrando não precisa ser somente para os lados pode ser também pra cima pra baixo mas conforme você vai adicionando mais e mais calor é um sólido essas moléculas manter sua estrutura elas não vão se mover em relação às outras mas elas irão converter esse calor e o calor é apenas uma forma de energia energia cinética que é expressa como a vibração dessas moléculas se você fizer essas moléculas vibraram bastante e você colocar a energia cinética suficiente nessas moléculas o que acha que acontecerá esta molécula está vibrando bastante e ela está vibrando cada vez mais conforme mais calor for adicionado esta molécula está fazendo o mesmo em algum momento essas ligações polares que existem entre elas não serão fortes o bastante para conter as vibrações e quando isso acontecer as moléculas vou desenhar mais algumas quando isso acontecer as moléculas vão começar a se mover entre elas de repente a molécula começar a mudar de posição mas as moléculas ainda se atraem talvez esse lado se mova para cá a que ele se mova para lá outras moléculas movem-se naquela direção mas elas ainda estão atraídas entre si mesmo que tenhamos conseguido energia cinética para fazer com que as vibrações rompam as ligações entre as extremidades polares da molécula nossa vibração ou nossa energia cinética de cada molécula ainda não é forte o bastante para separá las completamente elas estão começando a escorregar entre si basicamente é isso que acontece quando você estiver em um estado líquido há muitos alunos que querem entrar em contato uns com os outros mas que estão escorregando eles têm energia cinética suficiente para escorregar entre si e romper essa sólida estrutura em forma de rede e se você adicionar ainda mais energia cinética ainda mais calor nesse ponto já será uma solução as moléculas não poderão nem ficar juntas elas não vão poder ficar perto uma das outras se você adicionar energia cinética suficiente as moléculas começaram a ter essa aparência elas vão separar-se completamente e de certa forma saltitar independentemente independentemente principalmente se forem consideradas um galho ideal mas em geral em gases elas não estão mais tocando umas nas outras talvez elas possam colidir entre si mas elas possuem tanta energia cinética própria que elas estão agindo por conta própria e não estão se tocando eu acho que isso é bem intuitivo se você pensar sobre o que é um gás por exemplo é difícil ver um gás porque é difícil ver um gás porque as moléculas estão muito longe umas das outras elas não sofrem a ação da luz da mesma maneira que um líquido ou um sólido sofreria e se continuarmos indo ainda mais longe com isso um sólido provavelmente não deveria usar o exemplo do gelo porque o gelo água uma das poucas situações em que o sólido é menos denso que o líquido é por isso que o gelo flutuante é por isso que usar esse bug não afunda para o fundo do oceano e os lagos não congelam por completo mas você pode imaginar isso porque um líquido é na maioria dos casos além da água menos denso esse é um outro motivo que explica porque você pode enxergar através dele um pouco melhor ou ele não dê fratta não vou entrar em muitos detalhes como faz um sólido mas com gás fica mais óbvio e é válido para a água a forma líquida é definitivamente mais densa do que a forma gasosa na forma gasosa as moléculas vão pular sem tocar umas nas outras por causa disso mais luz consegue atravessar a substância agora a pergunta é como podemos medir a quantidade de calor necessária para que isso aconteça com a água para explicar isso eu vou desenhar um diagrama de mudança de fase que é uma maneira elegante de descrever algo bastante simples esta é a quantidade de calor adicionada e esta é a temperatura falaremos sobre os estados da matéria em um segundo o calor é geralmente representado pela letra que às vezes as pessoas vão falar sobre variações de calor será usada letra h maiúscula e minúscula o símbolo delta será colocado antes da letra h delta significa variação e às vezes você vai ouvir a palavra entalpia vou escrever isso porque eu costumava perguntar o que interrompe a pode ser confundida com empatia mas é um conceito bastante diferente pelo menos tanto quanto minhas conexões neurais possam identificá lo ainda ao be está intimamente relacionado ao calor é o conteúdo de calor no nosso caso quando você ouvir alguém dizer variação de antawn pia você deveria pensar apenas em variação de calor eu acho que essa palavra foi introduzida somente para confundir os estudantes de química e introduzir uma palavra não intuitivo em seu vocabulário a melhor maneira de pensar sobre isso é conteúdo de calor variação de antawn pia significa apenas variação de calor e lembre se todas essas coisas falando de calor e energia cinética energia potencial entalpia você vai ouvidas em contextos diferentes e pode pensar que deveria ter usado a palavra calor enquanto eles estão falando de entropia todas essas são formas de energia e todas elas são medidas em jales elas podem ser medidas de outras formas mas a forma tradicional em jales energia é a capacidade de realizar trabalho e com a unidade para trabalho é o rali força vezes distância com mais esse é um comentário adicional é bom conhecer essa palavra entalpia especialmente do ponto de vista da química porque é usado o tempo todo e pode ser muito confusa e não intuitiva porque você pensa que não sabe quem está o pim seu cotidiano basta pensar nisso como conteúdo de calor porque isso é realmente o que é votando nesse eixo tem o calor isto quando tiver um pouquinho de calor estou aumentando o calor e esta é a temperatura digamos que em temperaturas baixas eu esteja que ao acrescentar calor a temperatura vai aumentar a temperatura é energia cinética média digamos que eu esteja no estado sólido aqui vou usar a cor roxa para o estado sólido mas eu já estava usando o roxo vou usar então magenta portanto ao acrescentar calor a temperatura vai aumentar o calor é uma forma de energia ao acrescentar caloura essas moléculas como eu fiz nesse exemplo o que aconteceu às moléculas começaram a vibrar mais as moléculas tiveram uma energia cinética maior ou uma energia cinética média maior a temperatura é uma medida de energia cinética médio portanto ao acrescentar calor na fase sólida a energia cinética média vai aumentar vou anotar isso isso está em fase sólida ou em estado sólido da matéria é uma coisa muito interessante acontece digamos que isso seja água então o que acontece a zero graus isso equivale a 273,15 kelvin digamos que seja essa linha o que acontece com o sólido ele se transforma em um líquido o gelo derrete nem todos os sólidos estamos falando em particular sobre a água sobre h2o em nosso exemplo isso é gelo nem todos os sólidos são gelo você poderia pensar em uma rocha como um magma sólido porque isso é o que ela é eu poderia usar essa tecnologia de várias formas diferentes mas a coisa interessante é que acontece a zero graus mas dependendo da direção na qual você estiver indo seja o ponto de congelamento da água o ponto de fusão do gelo algo interessante acontece ao acrescentar mais calor a temperatura não aumenta ao acrescentar mais calor a temperatura não aumenta durante um pequeno período vou desenhar isso durante um pequeno período a temperatura permanece constante enquanto a temperatura permanecer constante ele permanece um sólido ainda estamos no estado sólido em seguida nos transformamos finalmente em um líquido digamos bem aqui portanto adicionamos certa quantidade de calor e ele permaneceu um sólido mas chegamos ao ponto do qual o gelo transformou se em um líquido ele estava derretendo o tempo todo essa é a melhor forma de ver isso e em seguida ao continuar acrescentando mais e mais calor o líquido também aquece agora chegamos a qual a temperatura que se torna interessante de novo para a água obviamente 100 graus celsius ou 373 kelvin vou usar celsius por enquanto estamos mais habituados o que acontece essa temperatura em que a água vai evaporar ou em que a água vai ferver mas algo acontece às moléculas estão ficando cinética mente ativos assim como aconteceu quando passamos do estado sólido para o estado líquido há uma certa quantidade de energia com a qual é necessário contribuir para o sistema e na verdade é uma quantidade significativa nesse ponto no qual a água está se transformando em vapor não está ficando mais quente portanto temos que continuar acrescentando calor mas você pode perceber que a temperatura não aumentou falaremos em um segundo sobre o que estava acontecendo naquele momento finalmente depois desse ponto estamos completamente vaporizados ou em total estado de vapor então podemos começar a aquecer o vapor pode ficar mais quente à medida que acrescentamos mais e mais calor para o sistema portanto a pergunta interessante eu acho que é intuitiva é que ao acrescentar calor aqui a temperatura vai aumentar mas a coisa interessante é o que estava acontecendo aqui estávamos acrescentando o calor aqui o calor estava se tornando energia cinética a temperatura é energia cinética média mas aqui o que estava fazendo calor o calor não estava adicionando energia cinética para o sistema a temperatura não estava aumentando mas o gelo estava indo de gelo para a água estava acontecendo naquele estado é que a energia cinética o calor estava sendo usado para quebrar essas ligações e basicamente para trazer as moléculas em um estado de energia mais alto então você poderia dizer o que significa isso estado de energia mais alto se não houvesse todo esse calor e toda essa energia cinética essas moléculas querem ficar muito próximas umas das outras por exemplo eu quero ficar perto da superfície da terra quando você me colocar em um avião você tem que me colocar em um estado de energia mais alto eu tenho muito mais energia potencial eu tenho potencial para cair em direção à terra da mesma forma quando você separar essas moléculas e quando você for de um sólido para um líquido as moléculas querem cair em direção umas das outras por terem tanta energia cinética elas nunca conseguirão fazê-lo mas sua energia aumenta a energia potencial é maior porque elas querem cair em direção umas das outras caindo em direção mas das outras em teoria elas poderiam realizar trabalho o que está acontecendo aqui quando estivermos contribuindo com calor e esta quantidade de calor com a qual estávamos contribuindo é chamada calor de fusão porque é a mesma quantidade de calor independente da direção na qual estamos indo quando passamos de sólido para líquido você pode vê lo como um calor de derretimento é o calor que você precisa acrescentar para derreter o gelo tornando o mais líquido quando você estiver indo nessa direção é o calor que você tem que retirar da água a zero graus para transformá-lo em gelo você está retirando essa energia potencial trazendo as moléculas para cada vez mais perto umas das outras a maneira de pensar sobre isso é bem aqui este calor está sendo convertido em energia cinética nessa mudança de fase de sólido para líquido esse calor está sendo usado para adicionar energia potencial o sistema para separar as moléculas para dar lhes mais energia potencial se você me afastar da terra você está me conferindo energia potencial porque a gravidade quer me puxar de volta para a terra eu poderia realizar trabalho ao cair de volta para a terra uma cachoeira realiza trabalho ela pode mover uma turbina muitos sites caindo poderiam também mover uma turbina então quando você estiver totalmente no estado líquido o líquido se tornará cada vez mais quente mais uma vez o calor está sendo utilizado para a energia cinética você está fazendo com que as moléculas de água se movam sobre as outras cada vez mais rápido até algum ponto na colas querem dissociar se completamente umas das outras elas nem querem escorregar entre si mas apenas saltar longe umas das outras é isso que acontece bem aqui esse é o calor de vaporização está acontecendo a mesma coisa antes as moléculas estava escorregando um mais perto das outras agora elas estão se separando completamente definitivamente elas poderiam cair perto umas das outras após termos acrescentando essa quantidade de calor agora estamos apenas aquecendo o vapor estamos apenas aquecendo a água no estado gasoso que está ficando cada vez mais quente mas a coisa interessante ele quer dizer pelo menos interessante pra mim quando eu aprendi isso pela primeira vez é que sempre que falar em água 0° vou pensar em gelo mas isso não é necessariamente o caso se você começar com água e freando até zero graus você está basicamente retirando o calor da água pode haver água zero graus que ainda não se transformou em gelo e da mesma forma poderia vir água 100 graus que ainda não se transformou em vapor mais energia deve ser adicionada pode haver também vapor assim graus pode haver também a água a zero graus espero que isso lhe deu uma noção sobre os diferentes estados da matéria e no próximo problema vamos falar sobre a quantidade exata de calor necessária para se mover ao longo dessa linha e talvez possamos resolver alguns problemas relativos a quanto gelo seria necessário para esfriar a nossa bebida