Os estados da matéria – quantos são?

Dependendo da temperatura e da pressão, as substâncias podem ser encontradas em três estados físicos da matéria, denominados: sólido; líquido e gasoso. As substâncias podem ser transformadas de um estado para outro através de alterações na temperatura e/ou pressão. Aumentos na temperatura tendem a transformar a matéria no sentido sólido –> líquido –> gás; diminuindo a temperatura ocorre o processo inverso. Aumentos de pressão tem efeito contrário, isto é, transforma a matéria no sentido gás –> líquido –> sólido; diminuições na pressão tem efeito contrário. Dependendo da substância e da pressão ambiente, algumas substâncias podem passar diretamente do estado sólido para o estado gasoso e vice-versa; próximo da pressão ambiente (1 atm), alguns exemplos de substâncias que sofrem este processo são: naftaleno (presente na naftalina), gás carbônico (gelo seco) e iodo (I₂).

            O esquema abaixo ilustra estas transformações e os nomes de cada uma:

            Uma substância pode passar do estado líquido para o estado gasoso (vaporização) em temperaturas abaixo da temperatura de ebulição (evaporação); na temperatura de ebulição (ebulição); em temperaturas acima da temperatura de ebulição (calefação).

Dois novos estados da matéria:

            Além dos três estados clássicos da matéria, existem dois outros estados: plasma e condensado Bose-Einstein.

O plasma é basicamente um gás ionizado (íons + elétrons livres). Quando as espécies formadoras do estado gasoso, de algum modo, perdem ou ganham elétrons, ocorre a formação de íons. Em uma espécie neutra, o número de elétrons (partícula negativa) é igual ao número de prótons (partícula positiva); no entanto, a quantidade de elétrons pode ser alterada para mais (formação de um íon negativo – ÂNION) ou para menos (formação de um íon positivo – CÁTION). Com isso, este gás ionizado adquire propriedades distintas como, por exemplo, um aumento na condutividade elétrica. Apesar de menos conhecido que os outros três tipos estima-se que 99% de toda matéria conhecida esteja no estado de plasma, o que faz deste estado o mais abundante do universo[1].

            O estado plasma de uma substância é mais comum em temperaturas mais elevadas, pois à medida que um gás vai sendo aquecido, começam a ocorrer rupturas heterolíticas das ligações covalentes (com formação de íons) e elétrons são arrancados (Energia de Ionização). No entanto, o plasma pode ser gerado em temperaturas relativamente baixas, dependendo da composição, da estrutura e do grau de rarefação do gás. A ionização ocorre e o estado ionizado se sustenta porque o gás:

a) Está muito quente, tal que as colisões entre as espécies são suficientemente energéticas para que os elétrons sejam arrancados;

b) Está muito rarefeito, de maneira que os elétrons, uma vez removidos, raramente encontrarão íons com o qual se recombinar;

c) Está sujeito a fontes externas de energia, tais como campos elétricos intensos ou radiações capazes de arrancar os elétrons das espécies formadoras do gás.

            O estado Bose-Einstein (nome em homenagem aos pesquisadores Satyendra Nath Bose (1894/1974) e Albert Einstein (1879/1955); que contribuíram com as ideias iniciais sobre este assunto), ocorre quando um gás[2] é resfriado à baixíssimas temperaturas (perto do zero absoluto, que é de -273,15^oC ou zero kelvin). Dependendo do sistema, existe uma temperatura na qual ocorre uma transição de fase em que as espécies se organizam num novo estado da matéria, isto é, os átomos perdem sua individualidade e passam a se encontrar num mesmo estado fundamental (o sistema como um todo passa a ser descrito por uma única função de onda – mesmo estado quântico).

Uma propriedade macroscópica dos condensados de Bose-Einstein, contra intuitiva no que se refere a nossa visão clássica, é a superfluidez, isto é, escoamento sem atrito; o condensado tem uma rigidez coletiva que o “protege” dos processos de interação partícula-partícula responsável pela viscosidade fluida ou resistência ao fluxo. O primeiro condensado deste tipo foi produzido por Eric Cornell e Carl Wieman em 1995, na Universidade de Colorado em Boulder, usando um gás de átomos de rubídio arrefecido a 170 nanokelvins (nK).

Nota: Não há consenso quanto ao total de estados reconhecidos. Alguns autores falam em cinco, oito ou até 13. “Acho que esse número depende de cada pesquisador”, diz David Goodstein, do Instituto de Tecnologia da Califórnia e autor de “States of Matter” (Estados da matéria). Uma coisa é certa: são mais de três.