Estados da Matéria: Sólido, Líquido, Gasoso, Plasma, Condensado de Bose-Einstein e Condensado de Gás Fermiônico
Além dos estados sólido, líquido e gasoso, a matéria também pode ser encontrada nos estados: plasma, Condensado de Bose-Einstein e Gás Fermiônico.
1. Sólido
É o estado físico que caracteriza-se por ter volume e forma invariável. Isso é justificado pela elevada força de atração entre as moléculas/átomos e, consequentemente, pelo baixo grau de movimento destas partículas.
2. Líquido
É caracterizado por ter forma variável e volume definido. Neste estado, o grau de movimento das moléculas/átomos é maior devido a menor força das interação molecular/atômica, comparado com o estado sólido.
3. Gases
É caracterizado por ter volume e forma variáveis. O volume e a forma vão depender apenas do recipiente onde o gás estiver confinado. Isso ocorre por que as interações moleculares/atômicas são praticamente nulas. Logo, o grau de liberdade das partículas é elevado, conforme mostra a ilustração comparativa abaixo:
4. Plasma
Também é conhecido como o quarto estado da matéria. Ele é obtido quando o gás é aquecido a tal ponto que os elétrons podem ser todos perdidos ou parcialmente perdidos, resultando em íons e elétrons livres. Assim como os gases, o estado plasma possui volume e forma variáveis. Contudo, a densidade do estado plasma é muito menor que a densidade dos gases. Além disso, as propriedades observadas no plasma são completamente diferentes das observadas em gases.
Como exemplo, o plasma pode conduzir corrente elétrica melhor que o cobre. Ele também responde a campos elétrico e magnéticos formando filamentos, raios e camadas duplas, o que não ocorre nos gases.
Em laboratório é possível obter esse estado incidindo um laser de intensidade com pulsos ultracurtos em um gás. Com a energia absorvida do laser, a energia cinética e térmica do gás é aumentada até o ponto dos átomos começarem a chocar-se de forma violenta perdendo seus elétrons de orbitas mais externas que estão mais fracamente atraídos pelos núcleos.
Com a sequência desses choques as perdas de elétrons tende a ir da orbita mais externa até as mais próximas do núcleo. Como consequência desses constantes choques, íons são formados perdendo parte ou toda a camada eletrônica que envolve o núcleo. Assim, esses íons parcialmente ou completamente desprovidos da camada eletrônica juntamente com os elétrons livres compõem o plasma e possuem propriedade uniforme.
Apesar de formar íons, os elétrons livres não são perdidos. Eles compõem o estado plasma: ions + elétrons livres. O número de cargas positivas permanece igual ao número de cargas negativas. Com isso, o estado elétrico do plasma é neutro. Contudo, a interação das cargas no plasma conferem a este estado propriedades diferentes das observadas nos gases.
Esse estado da matéria não é comum no nosso planeta, mas é o estado mais comum no universo. O nosso sol e as outras estrelas, por exemplo, são plasma.
O plasma foi relatado pela primeira vez por J.J. Thomson (1856-1940) no experimento em que ele utilizou a ampola de Willian Crookes (1932-1919). Nesse experimento, Thomson descobriu a existência dos elétrons e relatou que observou raios verdes, os raios catódicos. Contudo, somente em 1928 os raios verdes foram denominados de plasma pelo físico Irving Langmuir (1881-1957).
5. Condensado de Bose-Einstein (BEC, sigla em inglês)
É conhecido como o quinto estado da matéria, o condensado de Bose-Einstein foi obtido pela primeira vez com o resfriamento do gás rubídio (Rb-87) com lasers até próximo do zero absoluto (-273,15°C ou 0 K), conforme animação abaixo.
Nessa temperatura, os átomos deste gás passaram a ter o mesmo estado quântico, ou seja, comportaram-se como se fossem um único átomo, um super átomo. Isso significa que ao invés de cada átomo ter um movimento individualizado, eles movimentavam-se como uma unidade sincronizada. Logo, a matéria nesse estado pode ser caracterizada por uma única função de onda ao invés de várias.
Além disso, a matéria também apresenta superfluidez e espontaneamente tende a fluir para fora do recipente. Isso ocorre devido a interação do fluido com as paredes do recipiente serem superior a força gravitacional.
Esse comportamento sincronizado dos átomos há temperaturas próximo do zero absoluto foi primeiramente previsto e calculado por Satyendra Nath Bose (1894-1974) e previsto da sua possibilidade de existência por Albert Einstein (1879 – 1955), em 1925, por isso recebeu o nome de Bose-Einstein. Contudo, somente em 1995, os cientistas Eric Cornell, Carl Weiman e Wolfgang Ketterle conseguiram confirmar a existência desse estado da matéria. Essa descoberta lhes rendeu o prêmio Nobel de Física em 2001.
6. Condensado de Gás Fermiônico
Algumas páginas tem divulgado a descoberta do sexto estado da matéria, o gás férmiônico descoberto em 2003 pela equipe da Dra. Debora Jin (1968-2016), da universidade do Colorado, em Boulder. Nesse experimento, os pesquisadores resfriram o gás férmion de potássio (K40) até próximo do zero absoluto.
As particulas de férmion têm como característica o spin fracionado (1/2) e, consequentemente, não podem ocupar o mesmo estado quântico. Com isso, após o resfriamento até próximo do zero absoluto, os pesquisadores aplicaram um campo manético para emparelhamento desses spins. Como resultado a equipe afirma ter obtido o condensado de gás fermiônico e que o mesmo apresenta supercondutividade.
Apesar da descoberta ter sido em 2003, ainda não é possivel encontrar esse estudo em sites que pesquisa ciêncífica como o periódicos capes.
Por Profa. Msc. Adriany Serra
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