Estados Físicos E Intermediários Da Matéria 5m1u3l
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
2
2. OBJETIVO 3 3. DESENVOLVIMENTO
4
3.1 CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA 4 3.2 ESTADOS FÍSICOS
5
3.3 ESTADO SÓLIDO 5 3.4 ESTADO LÍQUIDO
7
3.5 ESTADO GASOSO
8
3.6 PLASMA
10
3.7 CONDENSADO DE BOSE-EINSTEN 13 3.8 CONDENSADOS FERMIÔNICOS
15
3.9 SUPERFLUIDO DE POLARITON
16
3.10 FLUIDOS SUPERCRÍTICOS 17 3.11 MATÉRIA DE QUARKS 18 3.12 NOVO ESTADO DA MATÉRIA 20 3.13 SUPERFLUIDOS 3.14 SUPERSÓLIDOS
21 21
3.15 COLÓIDE 22 3.16NEUTRONIO
23
3.17 PLASMA QUARK-GLUON 4. CONCLUSÃO
26
5. REFERÊNCIAS
27
1. INTRODUÇÃO
24
Matéria é tudo o que tem massa e ocupa espaço. Qualquer coisa que tenha existência física ou real é matéria. Tudo o que existe no universo conhecido manifesta-se como matéria ou energia. Refere-se a qualquer elemento que apresente massa e ocupe lugar no espaço, faz parte de uma realidade objetiva e ao ocupar um lugar no espaço se pode sentir medir ou tocar; é composta por átomos que conforme estão agregados permitem que o estado físico da matéria seja definido. A matéria normalmente é assunto de estudo pela química, que é a ciência que se dedica a estudar tanto a composição como a transformação da matéria. Os estados físicos da matéria podem ser modificados em função da variação da temperatura e pressão que irão provocar uma alteração na ligação entre os átomos que a compõe. Há muitas discussões sobre quantos estados da matéria existem, porém as versões mais populares atualmente são de que a matéria somente tem três estados: sólido, líquido e gasoso. Mas há também outros que, ou são intermediários ou pouco conhecidos e alguns destes serão o objeto de estudo do presente trabalho.
http://queconceito.com.br/materia#ixzz3VhKLe4uE http://www.infoescola.com/fisico-quimica/mudancas-de-estado-fisico/ http://pt.slideshare.net/marianafolgado/ufvjm-universidade-federal-dos-valesdo-jequitinhonha-e-mucuri-10825667
2. OBJETIVO 2
O presente trabalho tem por objetivo o conhecimento dos principais estados da matéria bem como os estados intermediários, possibilitando a compreensão das variações entre as interações moleculares e das propriedades referentes à matéria quando em diferentes estados físicos.
3. DESENVOLVIMENTO 3
3.1 CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA Matéria é definida pela ciência como tudo aquilo que tem massa e ocupa lugar no espaço. Uma porção limitada de matéria recebe o nome de corpo.
Quando
este
corpo
é
transformado,
determinado uso, recebe o nome de objeto. A primeira ideia sobre a estrutura da
prestando-se
matéria
surgiu
a em
aproximadamente 400 a.C., por estudos dos filósofos gregos Demócrito e Leucipo, que sugeriram a divisão sucessiva de um material, chegando a uma unidade indivisível denominada átomo. Em 1808, o cientista inglês Jonh Dalton propôs sua teoria sobre a estrutura da matéria, que ficou conhecida como teoria atômica de Dalton. Nos anos de 1897, o físico inglês Joseph Thomson (1856-1940) descobriu que os átomos eram divisíveis: concluindo que os átomos seriam constituídos por elétrons, uma partícula com carga negativa. A existência de uma carga positiva foi comprovada efetivamente na década de 1920, pelo físico Ernest Rutherford (1871-1937), e recebeu o nome de próton. Em 1932, James Chadwik provou a existência de uma partícula elétrica sem carga no núcleo do átomo, e deu a ela o nome de nêutron. No século XX ficou provado que os átomos são formados por três partículas fundamentais: elétrons, prótons e nêutrons. http://educacao.globo.com/quimica/assunto/materiais-e-suaspropriedades/constituicao-e-transformacoes-fisicas-da-materia.html http://www.agracadaquimica.com.br/index.php? &ds=1&acao=quimica/ms2&i=2&id=621 Feltre, Ricardo, Fundamentos da Química
3.2 ESTADOS FÍSICOS
4
O termo Estado Físico se refere ao estado de agregação em que se encontra uma matéria que pode ser classificada como sólida, líquida ou gasosa. As fases de agregação dependem da variação da temperatura e pressão pois conforme variação de energia ocorrerá um aumento ou redução na agitação das moléculas que compõe a matéria promovendo dessa forma uma maior ou menor modificação em seu arranjo. Entretanto, as transformações físicas não alteram a identidade das substâncias. http://www.soq.com.br/conteudos/ef/substancias/p1.php Russel, John B. Química Geral Vol. 1 Feltre, Ricardo Fundamentos da Química
3.3 ESTADO SÓLIDO
Um corpo sólido apresenta forma e volume bem definidos e possui uma propriedade denominada rigidez que é variável conforme o sólido. Corpos sólidos apresentam uma definição em sua forma porque suas moléculas estão muito próximas umas das outras, o que possibilita uma atração bastante intensa entre elas (Figura 1.1). A força atrativa entre elas faz com que o corpo sólido possua apenas um movimento vibratório. A maioria dos sólidos apresenta uma estrutura bem definida chamada de estrutura cristalina (Figura 1.2). Alguns sólidos não possuem estrutura cristalina definida, ou seja, as partículas estão agrupadas de forma desordenada, sendo então classificado o sólido como amorfo. (Figura 1.3) Como a temperatura está relacionada com a agitação molecular, quanto maior a temperatura, maior a agitação e os átomos e moléculas de um sólido am a oscilar em torno da posição em que se encontram, também chamada de ponto de equilíbrio. Característica dos sólidos: •Possuem formato definido (resistência à deformação)
5
• Possuem baixíssima compressibilidade • Possuem alta densidade • Não são fluidos • Difundem-se muito vagarosamente por outros sólidos http://www.if.ufrgs.br/~leila/fase.htm 14:35 http://www.mundoeducacao.com/fisica/fases-materia.htm http://www.explicatorium.com/CFQ9-Estrutura-dos-solidos.php https://www.eidireto.com/arquivo/3324619/aula7-forcasintermoleculares-e-os-estados-fisicos-da-materia
Figura 1.1 Representação da proximidade das moléculas de um sólido. http://podolskfisicaquimica.blogspot.com.br/
Figura 1.2 Representação da estrutura cristalina do NaCl. http://www.infoescola.com/quimica/estrutura-cristalina/
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Figura 1.3 Representação da estrutura de um material amorfo http://www.brasilescola.com/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm 3.4 ESTADO LÍQUIDO O estado líquido é intermediário entre o sólido e o gasoso. Nele, as moléculas estão mais soltas e se movimentam mais que no estado sólido (Figura 1.4). Os corpos no estado líquido não mantém uma forma definida, mas adotam a forma do recipiente que os contém, pois as moléculas deslizam umas sobre as outras. Na superfície plana e horizontal, a matéria, quando em estado líquido, também se mantém na forma plana e horizontal. As propriedades de um líquido são: viscosidade compressão, tensão superficial e evaporação. Características dos líquidos: • Não possuem formato definido • Possuem baixa compressibilidade (maior que a dos sólidos) • Possuem alta densidade (menor que a dos sólidos) • São fluidos • Difundem-se através de outros líquidos • Possuem arranjo praticamente desordenado • As partículas possuem liberdade para movimentação nas três dimensões.
http://www.brasilescola.com/quimica/liquidos.htm
7
https://www.eidireto.com/arquivo/3324619/aula7-forcasintermoleculares-e-os-estados-fisicos-da-materia
Figura 1.4 Representação da proximidade das moléculas de um líquido. http://podolskfisicaquimica.blogspot.com.br/
3.5 ESTADO GASOSO O estado gasoso se caracteriza pelo fato da matéria está muito expandida e, muitas vezes, não podemos percebê-la visualmente. No estado gasoso, a intensidade da força de repulsão será sempre superior à da de coesão, tornando este estado físico variável em relação a sua forma e a seu volume (Figura 1.5). No estado gasoso, as moléculas se movem mais livremente que no estado líquido, estão muito mais distantes umas das outras que no estado sólido ou líquido, e se movimentam em todas as direções. O gás possui uma propriedade de sempre constituir uma mistura homogênea. Características dos gases: •Não possuem formato definido • Possuem alta compressibilidade • Possuem baixa densidade • São fluidos • Difundem-se rapidamente através de outros gases • Possuem arranjo extremamente desordenado
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• As partículas movem-se com liberdade para movimentação nas três dimensões
http://www.infoescola.com/fisica/estado-gasoso-propriedades-eexemplos/ http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Agua/Agua1.php https://www.eidireto.com/arquivo/3324619/aula7-forcasintermoleculares-e-os-estados-fisicos-da-materia
Figura 1.5 Representação da proximidade das moléculas de um gás. http://podolskfisicaquimica.blogspot.com.br/
3.6 PLASMA O plasma é formado quando uma substância no estado gasoso é aquecida até atingir um valor tão elevado de temperatura que faz com que a agitação térmica molecular supere a energia de ligação que mantém os elétrons em órbita do núcleo do átomo. Os elétrons acabam “soltando-se” e a substância torna-se uma massa disforme, eletricamente neutra e formada por elétrons e núcleos dissociados (Figura 1.6). 9
O plasma é um condutor elétrico, respondendo fortemente a campos eletromagnéticos e formando estruturas, tais como filamentos, raios e camadas duplas; sendo que isso não ocorre com os gases. É interessante, também, que o plasma não só reage, mas também gera campos magnéticos. Isso ocorre, pois, os elétrons também se movimentam de forma circular de acordo com o campo magnético do plasma, e com a temperatura bastante elevada, esse movimento pode causar a emissão de ondas eletromagnéticas. Embora um plasma seja um gás ionizado, devido à suas propriedades peculiares ele é considerado o quarto estado da matéria. Dentre as propriedades do plasma é possível destacar que o ele sempre
emite
luz
quando
entra
em
contato
com
alguma
excitação elétrica e campos magnéticos. As auroras Boreais são um exemplo típico deste fenômeno (Figura 1.7) http://www.brasilescola.com/quimica/plasmaoutro-estadomateria.htm http://www1.folha.uol.com.br/folha/ciencia/ult306u8458.shtml http://www.livescience.com/46506-states-of-matter.html http://fisica.ufpr.br/viana/info/ip1.html
Figura 1.6 Comparação elevação da temperatura e comportamento das moléculas. http://aprendendofisicalegal.blogspot.com.br/2014/11/o-quartoestado-fisico-da-materia.html
10
Figura 1.7 Aurora Boreal http://www.brasilescola.com/quimica/plasmaoutro-estadomateria.htm Os plasmas são gerados principalmente através de vários processos de ionização. A maioria destes processos é colisional. Dependendo da natureza da colisão, pode ou não ocorrer a ionização do átomo ou molécula neutra. Para um gás em temperatura alta o suficiente, as colisões térmicas entre os átomos, em função de suas altíssimas energias cinéticas, irão ionizar alguns deles. Um ou mais elétrons que estão normalmente ligados ao átomo, em órbitas ao redor do núcleo, serão "ejetados" do átomo e converterão o gás numa região onde coexistem elétrons livres, íons cátions e átomos neutros, formando o plasma. A retirada do elétron do átomo ocorre pela absorção de energia, expressa em elétron-volt (eV). Em condições normais, cada elemento químico tem seu próprio número de prótons e elétrons e, consequentemente, uma força eletrostática característica, que vai determinar a quantidade de energia requerida para "arrancar" certo elétron do átomo. Frequentemente, seu valor, denominado de energia de ionização, se refere à energia necessária para arrancar definitivamente um elétron mais externo, que sofre menos atração pelo núcleo, de seu átomo isolado, gasoso e no estado fundamental. 11
Quando aquecemos um gás ou o atingimos com descargas elétricas, as colisões entre os elétrons e os átomos neutros podem ser elásticas ou inelásticas: As colisões elásticas ocorrem onde existe uma conservação da quantidade de movimento e da energia do elétron. Nesse processo não ocorre ionização. Já as colisões inelásticas ocorrem onde toda ou parte da energia cinética do elétron é transferida para o átomo ou molécula neutra sem que este se desloque igualmente para manter a quantidade de movimento. Como resultado, a energia é absorvida pelo átomo ou molécula neutra, ocasionando saltos quânticos dos elétrons nas camadas de energia da eletrosfera. Dependendo da energia transferida pelo choque, o átomo poderá absorver tanta energia que esta terminará por se igualar à da força com que os prótons atraem o elétron; ele então "pulará" para fora do átomo, quebrando o equilíbrio eletrostático. Ocorre, então, ionização: o átomo se converte numa partícula positivamente carregada - o cátion - e os elétrons ficam circulando livremente pelo perímetro. A utilização do plasma é algo mais comum do que se imagina, atualmente encontramos o estado plasma em lâmpadas fluorescentes, cortadores a plasma e nas telas de televisores. http://adaoreinaldo.blogspot.com.br/2010/11/plasma-o-quarto-estado-fisicoda.html
3.7 CONDENSADO DE BOSE-EINSTEIN
A condensação de Bose-Einstein é um fenômeno no qual os bósons que formam uma substância (um gás de bósons) convergem para o menor estado de energia, em um estado quântico comum. A característica crucial dos condensados Bose-Einstein (BEC) é que as muitas partes que compõem o sistema ordenado não só se comportam como um todo, mas se torna o todo. Suas identidades se fundem, ou se entrelaçam de tal forma que a sua individualidade é 12
completamente perdida. Os átomos do condensado obedecem às leis da mecânica quântica. Átomos de gás a temperatura ambiente movem-se a cerca de 1000 km/h, e são desacelerados à medida que a temperatura cai. Os átomos normais, na temperatura atingida de 100 nK no condensado, movem-se a cerca de alguns cm/s. Os bósons (partículas que possuem spin diferente de 1/2), quando condicionados a uma temperatura próxima do zero absoluto, atingem o mais baixo estado quântico, nessas condições os efeitos quânticos podem ser visualizados em escala macroscópica. A formação desta nova fase é denominada de Condensação de Bose- Einstein (CBE) devido ao fato que foi inicialmente prevista por Albert Einstein em 1925 usando para isto as bases teóricas contidas no trabalho do cientista Nath Bose. http://www.brasilescola.com/fisica/o-condensado-boseeinstein.htm http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/v19_11.pdf https://cienciasetecnologia.com/quinto-estado-materia-condensadobose-einstein/ http://www.bv.fapesp.br/pt/auxilios/1200/estudo-de-condensacao-debose-einstein-usando-a-teoria-de-campo-medio/ ´ De acordo com o princípio da incerteza de Heisenberg, a posição de um átomo está ‘distribuída’ por uma distância da ordem do comprimento de onda térmico (c.d.o. de Broglie) À temperatura ambiente, este comprimento é cerca de 10000 vezes menor do que a distância entre os átomos. Isto significa que as ondas de matéria dos átomos individuais estão descorrelacionadas, e que o gás é descrito pela estatística clássica ou de Maxwell-Boltzmann. À medida que o gás arrefece, esta distribuição alarga, e eventualmente há mais do que um átomo em cada cubo com as dimensões do comprimento de onda térmico. A sobreposição das ondas de átomos diferentes tem como consequência a perda de identidade dos átomos individuais e o comportamento do gás muda radicalmente: a a ser descrito pelo tipo de estatística quântica, descoberta em 1924 por Bose e Einstein. A estatística de Bose-Einstein aumenta drasticamente a probabilidade de encontrar mais do que um átomo no mesmo estado e podemos pensar que na 13
onda de matéria do gás de Bose, as ondas dos átomos individuais oscilam em uníssono. O resultado é a condensação de Bose-Einstein ou a ocupação macroscópica do estado fundamental do gás. A distribuição de densidade do condensado é representada por uma única onda macroscópica, com amplitude e fase bem definidas, exatamente como na onda dum campo clássico. A transição de um estado com ondas de matéria desordenadas para um estado com uma onda macroscópica coerente pode ser comparada à transição entre a luz incoerente e a luz coerente do laser. A observação do condensado permitiu, de fato, testar o comportamento ondulatório da matéria à escala macroscópica. A figura seguinte à esquerda, obtida pelo grupo de W. Ketterle em 1995 mostra o padrão de interferência que resulta do choque de dois condensados de Bose-Einstein (neste caso de 23Na). A semelhança com o padrão observado na superfície da água, quando duas ondas circulares interferem dando origem a um padrão com máximos e mínimos bem definidos, cf. figura da direita, não deixa dúvidas sobre a existência da onda gigante do BEC. Algumas das propriedades do BEC foram observadas noutros sistemas, uma vez que a superfluidez observada na fase líquida do 4He por Kapitza em 1937, assim como a supercondutividade observada por Onnes em 1911, são manifestações de transições do tipo da condensação de Bose-Einstein. http://cftc.cii.fc.ul.pt/PRISMA/capitulos/capitulo3/modulo2/topico5.ph As propriedades do BEC são a superfluidez, ou escoamento sem atrito. O condensado tem uma rigidez coletiva que o ‘protege’ dos processos de interação
partícula
a
partícula
responsáveis
pela viscosidade fluida
ou
resistência ao fluxo, da qual resulta a superfluidez do condensado de Bose Eisten. Quando os átomos se esfriam, eles am a se comportar mais como ondas e menos como partículas. Se for resfriados o suficiente, suas ondas se expandem e começam a se sobrepor. Esse processo é similar ao do vapor se condensando em uma tampa quando um líquido é fervido. A água se acumula formando uma gota d'água, ou um condensado. O mesmo acontece com os átomos, mas, neste caso, são as ondas que se fundem. Os condensados de 14
Bose-Einstein são similares aos raios laser. No entanto, ao invés de os prótons se comportarem de uma maneira uniforme, eles existem em uma união perfeita. Como uma gota d'água condensando, os átomos de baixa energia unem-se uns aos outros, formando uma massa densa e indistinguível. http://cftc.cii.fc.ul.pt/PRISMA/capitulos/capitulo3/modulo2/topico5.php http://cienciahoje.uol.com.br/revista-ch/revista-ch-2007/242/condensadonacional/ http://www.ehow.com.br/propriedades-condensado-boseeinstein-info_29884/
3.8 CONDENSADOS FERMIÔNICOS
O "gás fermiônico" representa a sexta forma conhecida de matéria, junto com os sólidos, líquidos, gases, plasma e o condensado de Bose-Einstein, criado pela
primeira
vez
em
1995.
Os condensados fermiônicos são parentes do BEC. Ambos são compostos de átomos que coalescem, em temperaturas muito baixas, para formar um objeto único. Em um BEC, os átomos são bósons. Em um condensado fermiônico, os átomos
são
férmions.
Ao contrário dos bósons, os férmions - a outra metade da família de partículas e blocos básicos com os quais a matéria é construída - são essencialmente solitários. Por definição, nenhum férmion poderá estar exatamente no mesmo estado quântico que outro férmion. Consequentemente, para um físico, mesmo o termo "condensado fermiônico" é um paradoxo. Por décadas, os físicos vêm propondo que a supercondutividade (que envolve férmions) e o condensado de Bose-Einstein estão intimamente relacionados. Eles propõem que o condensado de Bose-Einstein e a supercondutividade seriam dois extremos de um mesmo comportamento superfluídico, um estado incomum no qual a matéria não apresenta resistência ao fluxo. O hélio líquido superfluídico, por exemplo, quando colocado no centro de um compartimento aberto irá espontaneamente fluir para os dois lados do compartimento.
15
A temperatura na qual os metais e ligas se tornam supercondutores depende da intensidade da "interação emparelhada" entre seus elétrons. A temperatura mais alta que se conhece na qual ainda ocorre a supercondutividade é de -135ºC. http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php? artigo=010160040226 http://cidaverdejo.blogspot.com.br/2012/02/os-6-estados-da-materia.html
3.9 SUPERFLUIDO DE POLARITONS
Este estado da matéria até agora desconhecido, batizado de superfluido de polaritons, introduz um método radicalmente novo tanto para mover energia de um ponto a outro, quanto para gerar um feixe de luz coerente - um laser utilizando uma quantidade muito pequena de energia. Os polaritons foram capturados na forma de um superfluido no interior de estruturas ópticas construídas em camadas, cada uma medindo poucos nanômetros de espessura. Nos superfluidos - e nos seus equivalentes sólidos, os supercondutores - a matéria se consolida para agir como uma única onda de energia, e não como partículas individuais. Nos supercondutores, é esse comportamento que permite o fluxo perfeito da eletricidade. No novo estado da matéria agora demonstrado, o comportamento de onda ocasiona a geração de um feixe puro de luz, similar ao de um raio laser, mas muito mais eficiente em termos de energia. Os supercondutores e os superfluidos tradicionais exigem temperaturas extremamente baixas para funcionar. O superfluido de polaritons é estável a temperaturas bem mais altas e os cientistas acreditam que brevemente será possível demonstrar seu funcionamento em temperatura ambiente. O material ainda está longe de uma aplicação prática, podendo ser observado apenas em condições muito controladas no interior de um laboratório. Para aprisionar os polaritons, os cientistas utilizaram uma técnica similar àquela utilizada para a demonstração de um superfluido composto por átomos em 16
estado gasoso - o conhecido condensado de Bose-Einstein, que valeu o Prêmio Nobel de Física para três cientistas em 2001. http://curiosidades-mundocurioso.blogspot.com.br/2010/05/os-8-estadosfisicos-da-materia.html http://drikaquimica.blogspot.com.br/2011_02_01_archive.html http://mcrisquimicap.blogspot.com.br/2011_12_01_archive.html 3.10 FLUIDOS SUPERCRÍTICOS
Todo fluido (seja gás ou líquido) quando atinge um ponto específico no diagrama de fases (gráfico que relaciona pressão e temperatura com os estados da matéria) chamado de ponto crítico a a ser chamado de fluido supercrítico. Esse tipo de estado é muito exótico, sendo normalmente encontrado em indústrias, mas também pode ser encontrado, por exemplo, em vulcões submarinos, onde a temperatura e a pressão são ideias para a formação deste estado
da
matéria.
Para transformar qualquer fluido em um fluido supercrítico precisamos garantir que ele tenha a temperatura e a pressão certas, ambas acima do ponto crítico do fluido. Quando pressões extremamente altas com temperaturas igualmente altas se combinam, o fluido a a experimentar características incomuns. Nessas condições o fluido é capaz de se espalhar como um gás e dissolver materiais como um líquido. O material nessas condições já não tem mais as propriedades de gás ou liquido bem definidas, isso vai depender da pressão e da temperatura. Alterando-se a pressão e a temperatura de certa forma podem-se alterar as propriedades do fluido supercrítico, visando que este tenha mais semelhança com um líquido, mas que ainda possa preencher uma caixa, por exemplo, como um gás. http://hypescience.com/cientistas-descobrem-novo-estado-fisico-da-materia/ 3.11 MATÉRIA DE QUARKS 17
É um dos mais complexos estados da matéria de que se tem notícia até hoje. Suas características incomuns, até quando comparadas aos outros estados da matéria, se devem ao fato de ser um estado em que os núcleos atômicos não estão
mais
coesos.
Sendo de fundamental importância para a física de partículas, a matéria de quarks ou matéria QCD (quantum chromodynamics ou, em português, cromodinâmica quântica) possui exigências tão grandes para existir que, de forma natural, só pôde ser criada no momento da criação do Universo, o bigbang. Hoje em dia somos capazes de produzir o chamado plasma de quarksglúons em aceleradores de partículas como o RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider, em português, colisor de íons pesados relativísticos), que colidem íons de ouro no centro de um detector chamado STAR. Essas colisões geram temperatura e pressão muito elevadas, o que propicia as condições ideais para o
plasma
de
quarks-glúons.
O segredo para o entendimento desse estado da matéria é o conhecimento da cromodinâmica quântica, ou seja, o conhecimento das interações sofridas por partículas que possuem carga de cor (quarks). A força nuclear forte, responsável pela coesão nuclear, é a personagem principal no plasma de quarks-glúons. Essa força aprisiona os quarks, juntando-os em conjuntos estáveis como hádrons (prótons e nêutrons) e mésons (par de quark e antiquark). Esse aprisionamento, tecnicamente chamado de emparelhamento, é o que mantem a matéria unida e garante estrutura para todas as coisas, pois quarks unidos formam prótons e nêutrons que, por sua vez, formam núcleos átômicos, que por sua vez, formam moléculas que, finalmente, quando combinadas em grandes quantidades, formam as estruturas macroscópicas as quais
estamos
acostumados.
O emparelhamento que ocorre naturalmente na matéria normal é desfeito no plasma de guarks-glúons. Isso significa que, de forma simplória, os quarks e glúons (partículas que mediam a força forte, ou seja, “colam” os quarks) ficam quase todos livres, sem estarem emparelhados, formando estruturas 18
hadrônicas. Podemos dizer, então, que esse plasma é um estado da matéria onde a maior parte de seu material não apresenta estruturas atômicas normais, pois elas teriam sido “destruídas” quando houve o desemparelhamento de seus quarks. Teoriza-se que esse estado da matéria se fez presente durante o bigbang (momento de criação do universo) devido à enorme temperatura e densidade em que este se encontrava (bilhões e bilhões de graus Célsius). Quarks isolados nunca foram observados por dois motivos: o primeiro é que seu emparelhamento, efeito criado pela força nuclear forte, é extremamente difícil de romper e, mesmo que isso seja feito, os quarks iriam decair, criando outras partículas, pois são extremamente instáveis sozinhos. Sua existência desemparelhada no plasma de guarks-glúons existe devido a uma série de complexos fenômenos descritos pela cromodinâmica quântica.
http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-26112008-100951/ptbr.php
3.12 NOVO ESTADO DA MATÉRIA Um programa de rádio de Londres (Inglaterra), da BBC, conta com plateia que pode assistir à gravação. Na última semana, essa pequena plateia foi testemunha de um experimento que redefine alguns conceitos básicos no mundo da física: aparentemente, descobriu-se uma espécie de “novo estado físico” da matéria. Não é sólido, líquido e nem gasoso. Parece o estado de plasma, mas os cientistas da Universidade de Londres contam que é uma substância diferente, mais densa. E o teste para comprová-la não foi nada caro: foi preciso apenas
19
um tubo de vidro e alguns produtos químicos, como ácido fosfórico e gás xênon, com custo total de 10 libras (cerca de 30 reais na conversão atual). Para entender o que exatamente é esse novo estado, é necessário entender a sonoluminescência. Ela consiste da emissão de feixes luminosos levíssimos, originados de bolhas que estouram dentro de um fluido. Mas essas bolhas não estouram porque tocam em alguma superfície, e sim por estimulação sonora, daí o nome do fenômeno. No experimento dos britânicos, apresentado à noite, foi possível ver claramente as faíscas de luz saindo e eclodindo das bolhas no tubinho. Quando uma bolha estoura em sonoluminescência, gera por uma fração de segundo a temperatura de 10 mil graus Celsius, o dobro da superfície do sol. O que acontece nos bastidores desse fenômeno é uma cascata de elétrons. Com tamanha liberação de energia, todo o interior da bolha se torna ionizado, motivo pelo qual há liberação de luz ao estourar. Mas é importante lembrar que a bolha, em estado natural, não estoura; isso só acontece caso haja estimulação sonora. Enquanto não estoura, essa composição de bolha ionizada se apresenta em um estado semelhante ao de plasma, embora não possa ser definido exatamente dessa forma. O conjunto de bolhas ionizadas, dentro do tubo, dá origem a esse novo estado físico que espantou a plateia no experimento ao vivo feito pelos pesquisadores londrinos. http://hypescience.com/cientistas-descobrem-novo-estado-fisico-da-materia/ 3.13 Superfluido Os superfluídos (ou superfluidez) possuem essa denominação, após pesquisas evidenciarem que ao submeterem o hélio-3, (gás nobre), à alta pressão e o resfriarem, abaixo do seu ponto de ebulição, ele a a assumir diferentes propriedades, tornando-se um liquido diferente dos fluidos comuns, pois a a fluir sem atrito por apresentar viscosidade nula. Tem como característica a supercondutividade, em baixa resistência, pelo fato de seus átomos serem fracamente atraídos por outros, o que impede que o hélio torne-se um sólido. Suas ondas são propagadas sob velocidade finita. Os superfluidos são 20
capazes de ar em capilares muitos finos, o que se denomina como, efeito de repuxo. http://pt.wikipedia.org/wiki/Superfluidez#/media/File:Helium-II-creep.svg). 3.14 Supersólido "Segundo Reppy (2013), um fenômeno novo e emocionante, se é que existem realmente", são os supersólidos, um possível estado da matéria, no qual esta mantém sua estrutura, mas sem ser rígida, e que, provavelmente, possui propriedades elásticas. A supersolidez foi prevista pela primeira vez em 1969 pelos teóricos russos Alexander Andreev e Ilya Liftshitz e sua primeira evidência foi obtida em 2004 pelo pesquisador Moses Chan, na Universidade Estadual da Pensilvânia, nos Estados Unidos. Um supersólido é um sólido, mas que também é superfluidez. Num sólido, os átomos estão localizados em posições fixas no espaço, numa rede ordenada. Num super fluido, eles estão de localizados espacialmente, estão aqui, ali e em todo lugar ao mesmo tempo, sem uma ordem cristalina. Pois um supersólido é exatamente
a
coexistência
dessas
duas
propriedades
aparentemente
antagônicas: a ordem de um sólido com a de localização de um super fluido. Em um super sólido, as vacâncias são super fluidas, ou seja, elas estão de localizadas por toda a rede cristalina e se movem livremente. Logo, a rede cristalina, formada pelos átomos, também se move sem qualquer resistência, como um super fluido, mas mantém s• Gel – sólido de textura gelatinosa e elástica formado por uma dispersão coloidal, em que o disperso apresenta-se no estado líquido e o dispersante no estado sólido. Segundo Reppy (2013), a superfluidez foi comprovada no hélio líquido, e as pesquisas realizadas o laboratório se centraram em um dos isótopos (átomos de um mesmo elemento com diferente massa atômica) deste gás, o hélio-4, que quando baixa a temperaturas próximas ao "zero absoluto" se transforma em um superfluído que se comporta de forma contrária ao que faz um líquido normal, "algo mágico", segundo este físico. O hélio-3 também se torna superfluído quando próximo do “zero absoluto”, mas os cientistas trabalham
21
menos com este isótopo, porque é raro na natureza terrestre apesar de abundante na superfície lunar. http://info.abril.com.br/noticias/ciencia/supersolido-um-novo-estado-da-materia16052013-13.shl) 3.15 Colóide Um colóide, ou sistema coloidal, consiste numa mistura heterogênea na qual uma ou mais substâncias se encontram uniformemente disseminadas (dispersas) numa outra substância, sob a forma de pequenas partículas, formadas por agregados de moléculas. Um sistema coloidal apresenta, assim, dois componentes: o meio disperso (fase
dispersa)
e
o
meio
dispersante
(fase
contínua).
Um sistema diz-se coloidal quando as dimensões das partículas que constituem a fase dispersa se situam entre 10-9 e 10-6 m (entre 1 nm e 500 nm). Um sistema coloidal constitui uma situação intermédia entre uma mistura homogênea (solução, com partículas menores que 1 nm) e uma mistura heterogênea (suspensão, com partículas maiores que 500 nm). Num colóide, as partículas são maiores que uma molécula, mas, simultaneamente, suficientemente pequenas para não se depositarem no fundo por ação da gravidade, dadas as interações eletrostáticas existentes entre elas (num colóide estável, as superfícies das partículas têm o mesmo tipo de carga – positiva ou negativa – pelo que as interações são repulsivas, caso contrário haveria aglomeração das partículas o conduziria à floculação do colóide – “precipitação”). Uma das características dos colóides é a movimentação rápida, aleatória, desordenada e caótica das partículas da fase dispersa. Este fenômeno denomina-se movimento browniano. Outra característica dos colóides é o efeito Tyndall, que é a capacidade que as partículas coloidais têm de dispersar a luz quando esta atravessa um meio coloidal, o que as permite distinguir das soluções.
22
O estudo dos colóides iniciou-se em 1860, quando o químico escocês Thomas Graham observou que substâncias como o amido, a cola ou a gelatina se difundiam muito mais lentamente quando colocadas em água do que o açúcar ou o sal de cozinha. Além disso, verificou que estas substâncias não cristalizavam, ao contrário do açúcar e do sal de cozinha. Graham decidiu chamar esta classe de substâncias (com este tipo comportamento) colóide, do grego kóllas (cola, gordura) + eïdos (forma). Os colóides, abundantemente presentes no quotidiano, têm uma influência e um impacto consideráveis no Homem. No nosso dia a dia, os colóides podem ser encontrados em alguns alimentos como cremes vegetais, geléias de frutas, leite, temperos, a maionese, sorvete, a matéria particulada do ar ou a cerveja. em produtos de higiene pessoal, como xampus, sabonetes, cremes dentais e de barbear, cosméticos e outros, como o fumo, o nevoeiro, as nuvens, o sangue, as natas batidas, a neblina, a pedra-pomes, o aerossol, é um colóide onde um sólido, ou um líquido é disperso em um gás. Existem também importantes colóides biológicos como o sangue, o humor vítreo (substância gelatinosa presente no olho) e o cristalino (uma espécie de lente localizada no olho responsável pela focalização das imagens). http://wikiciencias.casadasciencias.org) 3.16 Neutrônio Partículas supermassivas desprovidas de qualquer carga. Mas elas têm uma função, ainda que hipotéticas – ajudar a alavancar a fusão a frio. Neutrônio, também chamado de "elemento zero", é um termo que foi criado pelo professor Andreas von Antropoff em 1926, que usou esse elemento como centro de sua tabela periódica. Foi usado por temos na ficção científica e na literatura popular para se referir a uma fase da matéria extremamente densa. O sentido do termo mudou, e a partir da segunda metade do século XX ou a ser usado legitimamente para referir-se às partículas localizadas nos centros das estrelas de nêutrons. http://earthciencia.blogspot.com.br/2012/10/neutronio-neutronio-tambemchamado-de.html) 23
O primeiro a dar nome de modo oficial e científico ao neutrônio foi J.C. Fisher, em um estudo sobre reações em cadeia de “polinêutrons” – termo também cunhado por ele. Nêutrons não tendem a se juntar por conta própria. Todo átomo mais pesado do que o hidrogênio tem alguns nêutrons nele, mas eles não se agregam em núcleos próprios. Há um problema com o termo “núcleo”: os nêutrons não teriam carga para atrair elétrons então não seriam átomos como os conhecemos hoje. Mesmo um sistema feito com dois nêutrons não é unido como seria em um núcleo normal. Os dois nêutrons se atraem e podem ser empurrados um em direção ao outro, mas não vão aderir e formar um núcleo. Dois nêutrons juntos são o maior grupo de nêutrons já confiavelmente relatados e são, na verdade, resultado de curta duração de decaimentos radioativos. Como o neutrônio não possui elétrons, ele também careceria de muitas propriedades químicas normalmente encontradas nos átomos. Fisher teorizou que os neutrônios não poderiam se misturar com nada, o que significa que algumas partículas dele poderiam ficar em tudo, inclusive na água. Embora os neutrônios não participem de reações químicas normais, eles poderiam entrar em núcleos e desencadear reações nucleares. Por isso a utilidade dele nas fusões a frio: em água apropriadamente preparada, ele poderia iniciar reações de fusão a frio e se tornar uma fonte de energia.
3.17 Plasma Quark-Guón Um novo estado da matéria nuclear em que os componentes reconhecíveis não são os prótons e nêutrons familiares, mas são os quarks e glúons através dos quais eles interagem. O desenvolvimento da cromodinâmica quântica (QCD), como uma teoria fundamental das interações fortes fornece previsões firmes que, em valores extremamente altos (mas aparentemente viável) de temperatura e densidade, matéria nuclear comum pode ser transformada em um plasma de quarks e glúons. Segundo Prof. Alexandre Suaide (2012), o plasma de quarks e glúons é um estado no qual a matéria está tão quente, cerca de um bilhão de vezes mais quente que o interior do Sol, que os prótons e nêutrons (ou os hádrons, em 24
geral) derretem, deixam de existir. Neste caso, o plasma de quarks e glúons é uma grande sopa de, como o nome diz quarks e glúons. Normalmente a gente não observa quarks e glúons andando por ai livremente. Isso vem de uma propriedade importante dessas partículas e das interações entre elas, chamada confinamento. No plasma o confinamento desaparece e eles são partículas livres para ir e vir. A criação de uma matéria na qual essas partículas não estão presas em hádrons foi uma grande descoberta, que ocorreu no RHIC, em 2005. A observação e estudo desse estado são importantes porque durante a evolução do Universo, do Big-Bang até hoje, em um momento muito longínquo, bem próximo ao Big-Bang, a temperatura do Universo era muito alta, e o estado no qual o Universo se encontrava deveria ser muito similar ao desse plasma. https://truesingularity.wordpress.com/2012/12/14/uma-sopa-de-universoprimordial/) Atualmente, experimentos no Colisor de Íons Relativamente Pesados (RHIC) no Laboratório Nacional Brookhaven (Estados Unidos) continuam este esforço. Três novos experimentos têm sido levados a cabo no Grande Colisor de Hádrons (LHC) do CERN, continuando com o estudo das propriedades do QGP. As características destes estados ainda são especulações baseadas em cálculos. Criando e estudando esse plasma nós estamos entendendo o Universo quando ainda era muito jovem.
4. CONCLUSÃO Por meio do trabalho proposto foi possível compreender os diferentes estados da matéria bem como as propriedades e característica específicas em cada estado
visto que, embora a composição química se mantenha a mesma
independente da variação de temperatura e pressão, a modificação de estado proporciona novas possibilidades para a utilização da matéria mediante cada rearranjo molecular. É notório que o estudo e pesquisas se fazem constantes 25
na busca incessante por fatores que permitam a utilização dos materiais de formas diversificadas e mais eficientes entretanto, a comprovação prática dos fatos ainda é complexa em decorrência da natureza da matéria que ainda é um fato que não foi completamente comprovado.
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30
1. INTRODUÇÃO
2
2. OBJETIVO 3 3. DESENVOLVIMENTO
4
3.1 CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA 4 3.2 ESTADOS FÍSICOS
5
3.3 ESTADO SÓLIDO 5 3.4 ESTADO LÍQUIDO
7
3.5 ESTADO GASOSO
8
3.6 PLASMA
10
3.7 CONDENSADO DE BOSE-EINSTEN 13 3.8 CONDENSADOS FERMIÔNICOS
15
3.9 SUPERFLUIDO DE POLARITON
16
3.10 FLUIDOS SUPERCRÍTICOS 17 3.11 MATÉRIA DE QUARKS 18 3.12 NOVO ESTADO DA MATÉRIA 20 3.13 SUPERFLUIDOS 3.14 SUPERSÓLIDOS
21 21
3.15 COLÓIDE 22 3.16NEUTRONIO
23
3.17 PLASMA QUARK-GLUON 4. CONCLUSÃO
26
5. REFERÊNCIAS
27
1. INTRODUÇÃO
24
Matéria é tudo o que tem massa e ocupa espaço. Qualquer coisa que tenha existência física ou real é matéria. Tudo o que existe no universo conhecido manifesta-se como matéria ou energia. Refere-se a qualquer elemento que apresente massa e ocupe lugar no espaço, faz parte de uma realidade objetiva e ao ocupar um lugar no espaço se pode sentir medir ou tocar; é composta por átomos que conforme estão agregados permitem que o estado físico da matéria seja definido. A matéria normalmente é assunto de estudo pela química, que é a ciência que se dedica a estudar tanto a composição como a transformação da matéria. Os estados físicos da matéria podem ser modificados em função da variação da temperatura e pressão que irão provocar uma alteração na ligação entre os átomos que a compõe. Há muitas discussões sobre quantos estados da matéria existem, porém as versões mais populares atualmente são de que a matéria somente tem três estados: sólido, líquido e gasoso. Mas há também outros que, ou são intermediários ou pouco conhecidos e alguns destes serão o objeto de estudo do presente trabalho.
http://queconceito.com.br/materia#ixzz3VhKLe4uE http://www.infoescola.com/fisico-quimica/mudancas-de-estado-fisico/ http://pt.slideshare.net/marianafolgado/ufvjm-universidade-federal-dos-valesdo-jequitinhonha-e-mucuri-10825667
2. OBJETIVO 2
O presente trabalho tem por objetivo o conhecimento dos principais estados da matéria bem como os estados intermediários, possibilitando a compreensão das variações entre as interações moleculares e das propriedades referentes à matéria quando em diferentes estados físicos.
3. DESENVOLVIMENTO 3
3.1 CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA Matéria é definida pela ciência como tudo aquilo que tem massa e ocupa lugar no espaço. Uma porção limitada de matéria recebe o nome de corpo.
Quando
este
corpo
é
transformado,
determinado uso, recebe o nome de objeto. A primeira ideia sobre a estrutura da
prestando-se
matéria
surgiu
a em
aproximadamente 400 a.C., por estudos dos filósofos gregos Demócrito e Leucipo, que sugeriram a divisão sucessiva de um material, chegando a uma unidade indivisível denominada átomo. Em 1808, o cientista inglês Jonh Dalton propôs sua teoria sobre a estrutura da matéria, que ficou conhecida como teoria atômica de Dalton. Nos anos de 1897, o físico inglês Joseph Thomson (1856-1940) descobriu que os átomos eram divisíveis: concluindo que os átomos seriam constituídos por elétrons, uma partícula com carga negativa. A existência de uma carga positiva foi comprovada efetivamente na década de 1920, pelo físico Ernest Rutherford (1871-1937), e recebeu o nome de próton. Em 1932, James Chadwik provou a existência de uma partícula elétrica sem carga no núcleo do átomo, e deu a ela o nome de nêutron. No século XX ficou provado que os átomos são formados por três partículas fundamentais: elétrons, prótons e nêutrons. http://educacao.globo.com/quimica/assunto/materiais-e-suaspropriedades/constituicao-e-transformacoes-fisicas-da-materia.html http://www.agracadaquimica.com.br/index.php? &ds=1&acao=quimica/ms2&i=2&id=621 Feltre, Ricardo, Fundamentos da Química
3.2 ESTADOS FÍSICOS
4
O termo Estado Físico se refere ao estado de agregação em que se encontra uma matéria que pode ser classificada como sólida, líquida ou gasosa. As fases de agregação dependem da variação da temperatura e pressão pois conforme variação de energia ocorrerá um aumento ou redução na agitação das moléculas que compõe a matéria promovendo dessa forma uma maior ou menor modificação em seu arranjo. Entretanto, as transformações físicas não alteram a identidade das substâncias. http://www.soq.com.br/conteudos/ef/substancias/p1.php Russel, John B. Química Geral Vol. 1 Feltre, Ricardo Fundamentos da Química
3.3 ESTADO SÓLIDO
Um corpo sólido apresenta forma e volume bem definidos e possui uma propriedade denominada rigidez que é variável conforme o sólido. Corpos sólidos apresentam uma definição em sua forma porque suas moléculas estão muito próximas umas das outras, o que possibilita uma atração bastante intensa entre elas (Figura 1.1). A força atrativa entre elas faz com que o corpo sólido possua apenas um movimento vibratório. A maioria dos sólidos apresenta uma estrutura bem definida chamada de estrutura cristalina (Figura 1.2). Alguns sólidos não possuem estrutura cristalina definida, ou seja, as partículas estão agrupadas de forma desordenada, sendo então classificado o sólido como amorfo. (Figura 1.3) Como a temperatura está relacionada com a agitação molecular, quanto maior a temperatura, maior a agitação e os átomos e moléculas de um sólido am a oscilar em torno da posição em que se encontram, também chamada de ponto de equilíbrio. Característica dos sólidos: •Possuem formato definido (resistência à deformação)
5
• Possuem baixíssima compressibilidade • Possuem alta densidade • Não são fluidos • Difundem-se muito vagarosamente por outros sólidos http://www.if.ufrgs.br/~leila/fase.htm 14:35 http://www.mundoeducacao.com/fisica/fases-materia.htm http://www.explicatorium.com/CFQ9-Estrutura-dos-solidos.php https://www.eidireto.com/arquivo/3324619/aula7-forcasintermoleculares-e-os-estados-fisicos-da-materia
Figura 1.1 Representação da proximidade das moléculas de um sólido. http://podolskfisicaquimica.blogspot.com.br/
Figura 1.2 Representação da estrutura cristalina do NaCl. http://www.infoescola.com/quimica/estrutura-cristalina/
6
Figura 1.3 Representação da estrutura de um material amorfo http://www.brasilescola.com/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm 3.4 ESTADO LÍQUIDO O estado líquido é intermediário entre o sólido e o gasoso. Nele, as moléculas estão mais soltas e se movimentam mais que no estado sólido (Figura 1.4). Os corpos no estado líquido não mantém uma forma definida, mas adotam a forma do recipiente que os contém, pois as moléculas deslizam umas sobre as outras. Na superfície plana e horizontal, a matéria, quando em estado líquido, também se mantém na forma plana e horizontal. As propriedades de um líquido são: viscosidade compressão, tensão superficial e evaporação. Características dos líquidos: • Não possuem formato definido • Possuem baixa compressibilidade (maior que a dos sólidos) • Possuem alta densidade (menor que a dos sólidos) • São fluidos • Difundem-se através de outros líquidos • Possuem arranjo praticamente desordenado • As partículas possuem liberdade para movimentação nas três dimensões.
http://www.brasilescola.com/quimica/liquidos.htm
7
https://www.eidireto.com/arquivo/3324619/aula7-forcasintermoleculares-e-os-estados-fisicos-da-materia
Figura 1.4 Representação da proximidade das moléculas de um líquido. http://podolskfisicaquimica.blogspot.com.br/
3.5 ESTADO GASOSO O estado gasoso se caracteriza pelo fato da matéria está muito expandida e, muitas vezes, não podemos percebê-la visualmente. No estado gasoso, a intensidade da força de repulsão será sempre superior à da de coesão, tornando este estado físico variável em relação a sua forma e a seu volume (Figura 1.5). No estado gasoso, as moléculas se movem mais livremente que no estado líquido, estão muito mais distantes umas das outras que no estado sólido ou líquido, e se movimentam em todas as direções. O gás possui uma propriedade de sempre constituir uma mistura homogênea. Características dos gases: •Não possuem formato definido • Possuem alta compressibilidade • Possuem baixa densidade • São fluidos • Difundem-se rapidamente através de outros gases • Possuem arranjo extremamente desordenado
8
• As partículas movem-se com liberdade para movimentação nas três dimensões
http://www.infoescola.com/fisica/estado-gasoso-propriedades-eexemplos/ http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Agua/Agua1.php https://www.eidireto.com/arquivo/3324619/aula7-forcasintermoleculares-e-os-estados-fisicos-da-materia
Figura 1.5 Representação da proximidade das moléculas de um gás. http://podolskfisicaquimica.blogspot.com.br/
3.6 PLASMA O plasma é formado quando uma substância no estado gasoso é aquecida até atingir um valor tão elevado de temperatura que faz com que a agitação térmica molecular supere a energia de ligação que mantém os elétrons em órbita do núcleo do átomo. Os elétrons acabam “soltando-se” e a substância torna-se uma massa disforme, eletricamente neutra e formada por elétrons e núcleos dissociados (Figura 1.6). 9
O plasma é um condutor elétrico, respondendo fortemente a campos eletromagnéticos e formando estruturas, tais como filamentos, raios e camadas duplas; sendo que isso não ocorre com os gases. É interessante, também, que o plasma não só reage, mas também gera campos magnéticos. Isso ocorre, pois, os elétrons também se movimentam de forma circular de acordo com o campo magnético do plasma, e com a temperatura bastante elevada, esse movimento pode causar a emissão de ondas eletromagnéticas. Embora um plasma seja um gás ionizado, devido à suas propriedades peculiares ele é considerado o quarto estado da matéria. Dentre as propriedades do plasma é possível destacar que o ele sempre
emite
luz
quando
entra
em
contato
com
alguma
excitação elétrica e campos magnéticos. As auroras Boreais são um exemplo típico deste fenômeno (Figura 1.7) http://www.brasilescola.com/quimica/plasmaoutro-estadomateria.htm http://www1.folha.uol.com.br/folha/ciencia/ult306u8458.shtml http://www.livescience.com/46506-states-of-matter.html http://fisica.ufpr.br/viana/info/ip1.html
Figura 1.6 Comparação elevação da temperatura e comportamento das moléculas. http://aprendendofisicalegal.blogspot.com.br/2014/11/o-quartoestado-fisico-da-materia.html
10
Figura 1.7 Aurora Boreal http://www.brasilescola.com/quimica/plasmaoutro-estadomateria.htm Os plasmas são gerados principalmente através de vários processos de ionização. A maioria destes processos é colisional. Dependendo da natureza da colisão, pode ou não ocorrer a ionização do átomo ou molécula neutra. Para um gás em temperatura alta o suficiente, as colisões térmicas entre os átomos, em função de suas altíssimas energias cinéticas, irão ionizar alguns deles. Um ou mais elétrons que estão normalmente ligados ao átomo, em órbitas ao redor do núcleo, serão "ejetados" do átomo e converterão o gás numa região onde coexistem elétrons livres, íons cátions e átomos neutros, formando o plasma. A retirada do elétron do átomo ocorre pela absorção de energia, expressa em elétron-volt (eV). Em condições normais, cada elemento químico tem seu próprio número de prótons e elétrons e, consequentemente, uma força eletrostática característica, que vai determinar a quantidade de energia requerida para "arrancar" certo elétron do átomo. Frequentemente, seu valor, denominado de energia de ionização, se refere à energia necessária para arrancar definitivamente um elétron mais externo, que sofre menos atração pelo núcleo, de seu átomo isolado, gasoso e no estado fundamental. 11
Quando aquecemos um gás ou o atingimos com descargas elétricas, as colisões entre os elétrons e os átomos neutros podem ser elásticas ou inelásticas: As colisões elásticas ocorrem onde existe uma conservação da quantidade de movimento e da energia do elétron. Nesse processo não ocorre ionização. Já as colisões inelásticas ocorrem onde toda ou parte da energia cinética do elétron é transferida para o átomo ou molécula neutra sem que este se desloque igualmente para manter a quantidade de movimento. Como resultado, a energia é absorvida pelo átomo ou molécula neutra, ocasionando saltos quânticos dos elétrons nas camadas de energia da eletrosfera. Dependendo da energia transferida pelo choque, o átomo poderá absorver tanta energia que esta terminará por se igualar à da força com que os prótons atraem o elétron; ele então "pulará" para fora do átomo, quebrando o equilíbrio eletrostático. Ocorre, então, ionização: o átomo se converte numa partícula positivamente carregada - o cátion - e os elétrons ficam circulando livremente pelo perímetro. A utilização do plasma é algo mais comum do que se imagina, atualmente encontramos o estado plasma em lâmpadas fluorescentes, cortadores a plasma e nas telas de televisores. http://adaoreinaldo.blogspot.com.br/2010/11/plasma-o-quarto-estado-fisicoda.html
3.7 CONDENSADO DE BOSE-EINSTEIN
A condensação de Bose-Einstein é um fenômeno no qual os bósons que formam uma substância (um gás de bósons) convergem para o menor estado de energia, em um estado quântico comum. A característica crucial dos condensados Bose-Einstein (BEC) é que as muitas partes que compõem o sistema ordenado não só se comportam como um todo, mas se torna o todo. Suas identidades se fundem, ou se entrelaçam de tal forma que a sua individualidade é 12
completamente perdida. Os átomos do condensado obedecem às leis da mecânica quântica. Átomos de gás a temperatura ambiente movem-se a cerca de 1000 km/h, e são desacelerados à medida que a temperatura cai. Os átomos normais, na temperatura atingida de 100 nK no condensado, movem-se a cerca de alguns cm/s. Os bósons (partículas que possuem spin diferente de 1/2), quando condicionados a uma temperatura próxima do zero absoluto, atingem o mais baixo estado quântico, nessas condições os efeitos quânticos podem ser visualizados em escala macroscópica. A formação desta nova fase é denominada de Condensação de Bose- Einstein (CBE) devido ao fato que foi inicialmente prevista por Albert Einstein em 1925 usando para isto as bases teóricas contidas no trabalho do cientista Nath Bose. http://www.brasilescola.com/fisica/o-condensado-boseeinstein.htm http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/v19_11.pdf https://cienciasetecnologia.com/quinto-estado-materia-condensadobose-einstein/ http://www.bv.fapesp.br/pt/auxilios/1200/estudo-de-condensacao-debose-einstein-usando-a-teoria-de-campo-medio/ ´ De acordo com o princípio da incerteza de Heisenberg, a posição de um átomo está ‘distribuída’ por uma distância da ordem do comprimento de onda térmico (c.d.o. de Broglie) À temperatura ambiente, este comprimento é cerca de 10000 vezes menor do que a distância entre os átomos. Isto significa que as ondas de matéria dos átomos individuais estão descorrelacionadas, e que o gás é descrito pela estatística clássica ou de Maxwell-Boltzmann. À medida que o gás arrefece, esta distribuição alarga, e eventualmente há mais do que um átomo em cada cubo com as dimensões do comprimento de onda térmico. A sobreposição das ondas de átomos diferentes tem como consequência a perda de identidade dos átomos individuais e o comportamento do gás muda radicalmente: a a ser descrito pelo tipo de estatística quântica, descoberta em 1924 por Bose e Einstein. A estatística de Bose-Einstein aumenta drasticamente a probabilidade de encontrar mais do que um átomo no mesmo estado e podemos pensar que na 13
onda de matéria do gás de Bose, as ondas dos átomos individuais oscilam em uníssono. O resultado é a condensação de Bose-Einstein ou a ocupação macroscópica do estado fundamental do gás. A distribuição de densidade do condensado é representada por uma única onda macroscópica, com amplitude e fase bem definidas, exatamente como na onda dum campo clássico. A transição de um estado com ondas de matéria desordenadas para um estado com uma onda macroscópica coerente pode ser comparada à transição entre a luz incoerente e a luz coerente do laser. A observação do condensado permitiu, de fato, testar o comportamento ondulatório da matéria à escala macroscópica. A figura seguinte à esquerda, obtida pelo grupo de W. Ketterle em 1995 mostra o padrão de interferência que resulta do choque de dois condensados de Bose-Einstein (neste caso de 23Na). A semelhança com o padrão observado na superfície da água, quando duas ondas circulares interferem dando origem a um padrão com máximos e mínimos bem definidos, cf. figura da direita, não deixa dúvidas sobre a existência da onda gigante do BEC. Algumas das propriedades do BEC foram observadas noutros sistemas, uma vez que a superfluidez observada na fase líquida do 4He por Kapitza em 1937, assim como a supercondutividade observada por Onnes em 1911, são manifestações de transições do tipo da condensação de Bose-Einstein. http://cftc.cii.fc.ul.pt/PRISMA/capitulos/capitulo3/modulo2/topico5.ph As propriedades do BEC são a superfluidez, ou escoamento sem atrito. O condensado tem uma rigidez coletiva que o ‘protege’ dos processos de interação
partícula
a
partícula
responsáveis
pela viscosidade fluida
ou
resistência ao fluxo, da qual resulta a superfluidez do condensado de Bose Eisten. Quando os átomos se esfriam, eles am a se comportar mais como ondas e menos como partículas. Se for resfriados o suficiente, suas ondas se expandem e começam a se sobrepor. Esse processo é similar ao do vapor se condensando em uma tampa quando um líquido é fervido. A água se acumula formando uma gota d'água, ou um condensado. O mesmo acontece com os átomos, mas, neste caso, são as ondas que se fundem. Os condensados de 14
Bose-Einstein são similares aos raios laser. No entanto, ao invés de os prótons se comportarem de uma maneira uniforme, eles existem em uma união perfeita. Como uma gota d'água condensando, os átomos de baixa energia unem-se uns aos outros, formando uma massa densa e indistinguível. http://cftc.cii.fc.ul.pt/PRISMA/capitulos/capitulo3/modulo2/topico5.php http://cienciahoje.uol.com.br/revista-ch/revista-ch-2007/242/condensadonacional/ http://www.ehow.com.br/propriedades-condensado-boseeinstein-info_29884/
3.8 CONDENSADOS FERMIÔNICOS
O "gás fermiônico" representa a sexta forma conhecida de matéria, junto com os sólidos, líquidos, gases, plasma e o condensado de Bose-Einstein, criado pela
primeira
vez
em
1995.
Os condensados fermiônicos são parentes do BEC. Ambos são compostos de átomos que coalescem, em temperaturas muito baixas, para formar um objeto único. Em um BEC, os átomos são bósons. Em um condensado fermiônico, os átomos
são
férmions.
Ao contrário dos bósons, os férmions - a outra metade da família de partículas e blocos básicos com os quais a matéria é construída - são essencialmente solitários. Por definição, nenhum férmion poderá estar exatamente no mesmo estado quântico que outro férmion. Consequentemente, para um físico, mesmo o termo "condensado fermiônico" é um paradoxo. Por décadas, os físicos vêm propondo que a supercondutividade (que envolve férmions) e o condensado de Bose-Einstein estão intimamente relacionados. Eles propõem que o condensado de Bose-Einstein e a supercondutividade seriam dois extremos de um mesmo comportamento superfluídico, um estado incomum no qual a matéria não apresenta resistência ao fluxo. O hélio líquido superfluídico, por exemplo, quando colocado no centro de um compartimento aberto irá espontaneamente fluir para os dois lados do compartimento.
15
A temperatura na qual os metais e ligas se tornam supercondutores depende da intensidade da "interação emparelhada" entre seus elétrons. A temperatura mais alta que se conhece na qual ainda ocorre a supercondutividade é de -135ºC. http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php? artigo=010160040226 http://cidaverdejo.blogspot.com.br/2012/02/os-6-estados-da-materia.html
3.9 SUPERFLUIDO DE POLARITONS
Este estado da matéria até agora desconhecido, batizado de superfluido de polaritons, introduz um método radicalmente novo tanto para mover energia de um ponto a outro, quanto para gerar um feixe de luz coerente - um laser utilizando uma quantidade muito pequena de energia. Os polaritons foram capturados na forma de um superfluido no interior de estruturas ópticas construídas em camadas, cada uma medindo poucos nanômetros de espessura. Nos superfluidos - e nos seus equivalentes sólidos, os supercondutores - a matéria se consolida para agir como uma única onda de energia, e não como partículas individuais. Nos supercondutores, é esse comportamento que permite o fluxo perfeito da eletricidade. No novo estado da matéria agora demonstrado, o comportamento de onda ocasiona a geração de um feixe puro de luz, similar ao de um raio laser, mas muito mais eficiente em termos de energia. Os supercondutores e os superfluidos tradicionais exigem temperaturas extremamente baixas para funcionar. O superfluido de polaritons é estável a temperaturas bem mais altas e os cientistas acreditam que brevemente será possível demonstrar seu funcionamento em temperatura ambiente. O material ainda está longe de uma aplicação prática, podendo ser observado apenas em condições muito controladas no interior de um laboratório. Para aprisionar os polaritons, os cientistas utilizaram uma técnica similar àquela utilizada para a demonstração de um superfluido composto por átomos em 16
estado gasoso - o conhecido condensado de Bose-Einstein, que valeu o Prêmio Nobel de Física para três cientistas em 2001. http://curiosidades-mundocurioso.blogspot.com.br/2010/05/os-8-estadosfisicos-da-materia.html http://drikaquimica.blogspot.com.br/2011_02_01_archive.html http://mcrisquimicap.blogspot.com.br/2011_12_01_archive.html 3.10 FLUIDOS SUPERCRÍTICOS
Todo fluido (seja gás ou líquido) quando atinge um ponto específico no diagrama de fases (gráfico que relaciona pressão e temperatura com os estados da matéria) chamado de ponto crítico a a ser chamado de fluido supercrítico. Esse tipo de estado é muito exótico, sendo normalmente encontrado em indústrias, mas também pode ser encontrado, por exemplo, em vulcões submarinos, onde a temperatura e a pressão são ideias para a formação deste estado
da
matéria.
Para transformar qualquer fluido em um fluido supercrítico precisamos garantir que ele tenha a temperatura e a pressão certas, ambas acima do ponto crítico do fluido. Quando pressões extremamente altas com temperaturas igualmente altas se combinam, o fluido a a experimentar características incomuns. Nessas condições o fluido é capaz de se espalhar como um gás e dissolver materiais como um líquido. O material nessas condições já não tem mais as propriedades de gás ou liquido bem definidas, isso vai depender da pressão e da temperatura. Alterando-se a pressão e a temperatura de certa forma podem-se alterar as propriedades do fluido supercrítico, visando que este tenha mais semelhança com um líquido, mas que ainda possa preencher uma caixa, por exemplo, como um gás. http://hypescience.com/cientistas-descobrem-novo-estado-fisico-da-materia/ 3.11 MATÉRIA DE QUARKS 17
É um dos mais complexos estados da matéria de que se tem notícia até hoje. Suas características incomuns, até quando comparadas aos outros estados da matéria, se devem ao fato de ser um estado em que os núcleos atômicos não estão
mais
coesos.
Sendo de fundamental importância para a física de partículas, a matéria de quarks ou matéria QCD (quantum chromodynamics ou, em português, cromodinâmica quântica) possui exigências tão grandes para existir que, de forma natural, só pôde ser criada no momento da criação do Universo, o bigbang. Hoje em dia somos capazes de produzir o chamado plasma de quarksglúons em aceleradores de partículas como o RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider, em português, colisor de íons pesados relativísticos), que colidem íons de ouro no centro de um detector chamado STAR. Essas colisões geram temperatura e pressão muito elevadas, o que propicia as condições ideais para o
plasma
de
quarks-glúons.
O segredo para o entendimento desse estado da matéria é o conhecimento da cromodinâmica quântica, ou seja, o conhecimento das interações sofridas por partículas que possuem carga de cor (quarks). A força nuclear forte, responsável pela coesão nuclear, é a personagem principal no plasma de quarks-glúons. Essa força aprisiona os quarks, juntando-os em conjuntos estáveis como hádrons (prótons e nêutrons) e mésons (par de quark e antiquark). Esse aprisionamento, tecnicamente chamado de emparelhamento, é o que mantem a matéria unida e garante estrutura para todas as coisas, pois quarks unidos formam prótons e nêutrons que, por sua vez, formam núcleos átômicos, que por sua vez, formam moléculas que, finalmente, quando combinadas em grandes quantidades, formam as estruturas macroscópicas as quais
estamos
acostumados.
O emparelhamento que ocorre naturalmente na matéria normal é desfeito no plasma de guarks-glúons. Isso significa que, de forma simplória, os quarks e glúons (partículas que mediam a força forte, ou seja, “colam” os quarks) ficam quase todos livres, sem estarem emparelhados, formando estruturas 18
hadrônicas. Podemos dizer, então, que esse plasma é um estado da matéria onde a maior parte de seu material não apresenta estruturas atômicas normais, pois elas teriam sido “destruídas” quando houve o desemparelhamento de seus quarks. Teoriza-se que esse estado da matéria se fez presente durante o bigbang (momento de criação do universo) devido à enorme temperatura e densidade em que este se encontrava (bilhões e bilhões de graus Célsius). Quarks isolados nunca foram observados por dois motivos: o primeiro é que seu emparelhamento, efeito criado pela força nuclear forte, é extremamente difícil de romper e, mesmo que isso seja feito, os quarks iriam decair, criando outras partículas, pois são extremamente instáveis sozinhos. Sua existência desemparelhada no plasma de guarks-glúons existe devido a uma série de complexos fenômenos descritos pela cromodinâmica quântica.
http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-26112008-100951/ptbr.php
3.12 NOVO ESTADO DA MATÉRIA Um programa de rádio de Londres (Inglaterra), da BBC, conta com plateia que pode assistir à gravação. Na última semana, essa pequena plateia foi testemunha de um experimento que redefine alguns conceitos básicos no mundo da física: aparentemente, descobriu-se uma espécie de “novo estado físico” da matéria. Não é sólido, líquido e nem gasoso. Parece o estado de plasma, mas os cientistas da Universidade de Londres contam que é uma substância diferente, mais densa. E o teste para comprová-la não foi nada caro: foi preciso apenas
19
um tubo de vidro e alguns produtos químicos, como ácido fosfórico e gás xênon, com custo total de 10 libras (cerca de 30 reais na conversão atual). Para entender o que exatamente é esse novo estado, é necessário entender a sonoluminescência. Ela consiste da emissão de feixes luminosos levíssimos, originados de bolhas que estouram dentro de um fluido. Mas essas bolhas não estouram porque tocam em alguma superfície, e sim por estimulação sonora, daí o nome do fenômeno. No experimento dos britânicos, apresentado à noite, foi possível ver claramente as faíscas de luz saindo e eclodindo das bolhas no tubinho. Quando uma bolha estoura em sonoluminescência, gera por uma fração de segundo a temperatura de 10 mil graus Celsius, o dobro da superfície do sol. O que acontece nos bastidores desse fenômeno é uma cascata de elétrons. Com tamanha liberação de energia, todo o interior da bolha se torna ionizado, motivo pelo qual há liberação de luz ao estourar. Mas é importante lembrar que a bolha, em estado natural, não estoura; isso só acontece caso haja estimulação sonora. Enquanto não estoura, essa composição de bolha ionizada se apresenta em um estado semelhante ao de plasma, embora não possa ser definido exatamente dessa forma. O conjunto de bolhas ionizadas, dentro do tubo, dá origem a esse novo estado físico que espantou a plateia no experimento ao vivo feito pelos pesquisadores londrinos. http://hypescience.com/cientistas-descobrem-novo-estado-fisico-da-materia/ 3.13 Superfluido Os superfluídos (ou superfluidez) possuem essa denominação, após pesquisas evidenciarem que ao submeterem o hélio-3, (gás nobre), à alta pressão e o resfriarem, abaixo do seu ponto de ebulição, ele a a assumir diferentes propriedades, tornando-se um liquido diferente dos fluidos comuns, pois a a fluir sem atrito por apresentar viscosidade nula. Tem como característica a supercondutividade, em baixa resistência, pelo fato de seus átomos serem fracamente atraídos por outros, o que impede que o hélio torne-se um sólido. Suas ondas são propagadas sob velocidade finita. Os superfluidos são 20
capazes de ar em capilares muitos finos, o que se denomina como, efeito de repuxo. http://pt.wikipedia.org/wiki/Superfluidez#/media/File:Helium-II-creep.svg). 3.14 Supersólido "Segundo Reppy (2013), um fenômeno novo e emocionante, se é que existem realmente", são os supersólidos, um possível estado da matéria, no qual esta mantém sua estrutura, mas sem ser rígida, e que, provavelmente, possui propriedades elásticas. A supersolidez foi prevista pela primeira vez em 1969 pelos teóricos russos Alexander Andreev e Ilya Liftshitz e sua primeira evidência foi obtida em 2004 pelo pesquisador Moses Chan, na Universidade Estadual da Pensilvânia, nos Estados Unidos. Um supersólido é um sólido, mas que também é superfluidez. Num sólido, os átomos estão localizados em posições fixas no espaço, numa rede ordenada. Num super fluido, eles estão de localizados espacialmente, estão aqui, ali e em todo lugar ao mesmo tempo, sem uma ordem cristalina. Pois um supersólido é exatamente
a
coexistência
dessas
duas
propriedades
aparentemente
antagônicas: a ordem de um sólido com a de localização de um super fluido. Em um super sólido, as vacâncias são super fluidas, ou seja, elas estão de localizadas por toda a rede cristalina e se movem livremente. Logo, a rede cristalina, formada pelos átomos, também se move sem qualquer resistência, como um super fluido, mas mantém s• Gel – sólido de textura gelatinosa e elástica formado por uma dispersão coloidal, em que o disperso apresenta-se no estado líquido e o dispersante no estado sólido. Segundo Reppy (2013), a superfluidez foi comprovada no hélio líquido, e as pesquisas realizadas o laboratório se centraram em um dos isótopos (átomos de um mesmo elemento com diferente massa atômica) deste gás, o hélio-4, que quando baixa a temperaturas próximas ao "zero absoluto" se transforma em um superfluído que se comporta de forma contrária ao que faz um líquido normal, "algo mágico", segundo este físico. O hélio-3 também se torna superfluído quando próximo do “zero absoluto”, mas os cientistas trabalham
21
menos com este isótopo, porque é raro na natureza terrestre apesar de abundante na superfície lunar. http://info.abril.com.br/noticias/ciencia/supersolido-um-novo-estado-da-materia16052013-13.shl) 3.15 Colóide Um colóide, ou sistema coloidal, consiste numa mistura heterogênea na qual uma ou mais substâncias se encontram uniformemente disseminadas (dispersas) numa outra substância, sob a forma de pequenas partículas, formadas por agregados de moléculas. Um sistema coloidal apresenta, assim, dois componentes: o meio disperso (fase
dispersa)
e
o
meio
dispersante
(fase
contínua).
Um sistema diz-se coloidal quando as dimensões das partículas que constituem a fase dispersa se situam entre 10-9 e 10-6 m (entre 1 nm e 500 nm). Um sistema coloidal constitui uma situação intermédia entre uma mistura homogênea (solução, com partículas menores que 1 nm) e uma mistura heterogênea (suspensão, com partículas maiores que 500 nm). Num colóide, as partículas são maiores que uma molécula, mas, simultaneamente, suficientemente pequenas para não se depositarem no fundo por ação da gravidade, dadas as interações eletrostáticas existentes entre elas (num colóide estável, as superfícies das partículas têm o mesmo tipo de carga – positiva ou negativa – pelo que as interações são repulsivas, caso contrário haveria aglomeração das partículas o conduziria à floculação do colóide – “precipitação”). Uma das características dos colóides é a movimentação rápida, aleatória, desordenada e caótica das partículas da fase dispersa. Este fenômeno denomina-se movimento browniano. Outra característica dos colóides é o efeito Tyndall, que é a capacidade que as partículas coloidais têm de dispersar a luz quando esta atravessa um meio coloidal, o que as permite distinguir das soluções.
22
O estudo dos colóides iniciou-se em 1860, quando o químico escocês Thomas Graham observou que substâncias como o amido, a cola ou a gelatina se difundiam muito mais lentamente quando colocadas em água do que o açúcar ou o sal de cozinha. Além disso, verificou que estas substâncias não cristalizavam, ao contrário do açúcar e do sal de cozinha. Graham decidiu chamar esta classe de substâncias (com este tipo comportamento) colóide, do grego kóllas (cola, gordura) + eïdos (forma). Os colóides, abundantemente presentes no quotidiano, têm uma influência e um impacto consideráveis no Homem. No nosso dia a dia, os colóides podem ser encontrados em alguns alimentos como cremes vegetais, geléias de frutas, leite, temperos, a maionese, sorvete, a matéria particulada do ar ou a cerveja. em produtos de higiene pessoal, como xampus, sabonetes, cremes dentais e de barbear, cosméticos e outros, como o fumo, o nevoeiro, as nuvens, o sangue, as natas batidas, a neblina, a pedra-pomes, o aerossol, é um colóide onde um sólido, ou um líquido é disperso em um gás. Existem também importantes colóides biológicos como o sangue, o humor vítreo (substância gelatinosa presente no olho) e o cristalino (uma espécie de lente localizada no olho responsável pela focalização das imagens). http://wikiciencias.casadasciencias.org) 3.16 Neutrônio Partículas supermassivas desprovidas de qualquer carga. Mas elas têm uma função, ainda que hipotéticas – ajudar a alavancar a fusão a frio. Neutrônio, também chamado de "elemento zero", é um termo que foi criado pelo professor Andreas von Antropoff em 1926, que usou esse elemento como centro de sua tabela periódica. Foi usado por temos na ficção científica e na literatura popular para se referir a uma fase da matéria extremamente densa. O sentido do termo mudou, e a partir da segunda metade do século XX ou a ser usado legitimamente para referir-se às partículas localizadas nos centros das estrelas de nêutrons. http://earthciencia.blogspot.com.br/2012/10/neutronio-neutronio-tambemchamado-de.html) 23
O primeiro a dar nome de modo oficial e científico ao neutrônio foi J.C. Fisher, em um estudo sobre reações em cadeia de “polinêutrons” – termo também cunhado por ele. Nêutrons não tendem a se juntar por conta própria. Todo átomo mais pesado do que o hidrogênio tem alguns nêutrons nele, mas eles não se agregam em núcleos próprios. Há um problema com o termo “núcleo”: os nêutrons não teriam carga para atrair elétrons então não seriam átomos como os conhecemos hoje. Mesmo um sistema feito com dois nêutrons não é unido como seria em um núcleo normal. Os dois nêutrons se atraem e podem ser empurrados um em direção ao outro, mas não vão aderir e formar um núcleo. Dois nêutrons juntos são o maior grupo de nêutrons já confiavelmente relatados e são, na verdade, resultado de curta duração de decaimentos radioativos. Como o neutrônio não possui elétrons, ele também careceria de muitas propriedades químicas normalmente encontradas nos átomos. Fisher teorizou que os neutrônios não poderiam se misturar com nada, o que significa que algumas partículas dele poderiam ficar em tudo, inclusive na água. Embora os neutrônios não participem de reações químicas normais, eles poderiam entrar em núcleos e desencadear reações nucleares. Por isso a utilidade dele nas fusões a frio: em água apropriadamente preparada, ele poderia iniciar reações de fusão a frio e se tornar uma fonte de energia.
3.17 Plasma Quark-Guón Um novo estado da matéria nuclear em que os componentes reconhecíveis não são os prótons e nêutrons familiares, mas são os quarks e glúons através dos quais eles interagem. O desenvolvimento da cromodinâmica quântica (QCD), como uma teoria fundamental das interações fortes fornece previsões firmes que, em valores extremamente altos (mas aparentemente viável) de temperatura e densidade, matéria nuclear comum pode ser transformada em um plasma de quarks e glúons. Segundo Prof. Alexandre Suaide (2012), o plasma de quarks e glúons é um estado no qual a matéria está tão quente, cerca de um bilhão de vezes mais quente que o interior do Sol, que os prótons e nêutrons (ou os hádrons, em 24
geral) derretem, deixam de existir. Neste caso, o plasma de quarks e glúons é uma grande sopa de, como o nome diz quarks e glúons. Normalmente a gente não observa quarks e glúons andando por ai livremente. Isso vem de uma propriedade importante dessas partículas e das interações entre elas, chamada confinamento. No plasma o confinamento desaparece e eles são partículas livres para ir e vir. A criação de uma matéria na qual essas partículas não estão presas em hádrons foi uma grande descoberta, que ocorreu no RHIC, em 2005. A observação e estudo desse estado são importantes porque durante a evolução do Universo, do Big-Bang até hoje, em um momento muito longínquo, bem próximo ao Big-Bang, a temperatura do Universo era muito alta, e o estado no qual o Universo se encontrava deveria ser muito similar ao desse plasma. https://truesingularity.wordpress.com/2012/12/14/uma-sopa-de-universoprimordial/) Atualmente, experimentos no Colisor de Íons Relativamente Pesados (RHIC) no Laboratório Nacional Brookhaven (Estados Unidos) continuam este esforço. Três novos experimentos têm sido levados a cabo no Grande Colisor de Hádrons (LHC) do CERN, continuando com o estudo das propriedades do QGP. As características destes estados ainda são especulações baseadas em cálculos. Criando e estudando esse plasma nós estamos entendendo o Universo quando ainda era muito jovem.
4. CONCLUSÃO Por meio do trabalho proposto foi possível compreender os diferentes estados da matéria bem como as propriedades e característica específicas em cada estado
visto que, embora a composição química se mantenha a mesma
independente da variação de temperatura e pressão, a modificação de estado proporciona novas possibilidades para a utilização da matéria mediante cada rearranjo molecular. É notório que o estudo e pesquisas se fazem constantes 25
na busca incessante por fatores que permitam a utilização dos materiais de formas diversificadas e mais eficientes entretanto, a comprovação prática dos fatos ainda é complexa em decorrência da natureza da matéria que ainda é um fato que não foi completamente comprovado.
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