quinta-feira, 16 de fevereiro de 2012

Estados físicos da matéria II.

Como citado na postagem anterior, são amplamente conhecidos três estados físicos da matéria. São eles o sólido, o líquido e o gás.

E tão importante quanto conhecê-los e compreendê-los é descobrir que não são os únicos. A muito se conhece o plasma, chamado de quarto estado da matéria e não há um consenso ainda sobre qual seria o quinto, devido a suas descobertas serem relativamente recentes.


Abaixo segue o texto elaborado por um aluno do primeiro ano do ensino médio de uma escola na qual eu leciono química. Procurei apenas formatar o original, mantendo os erros e acertos para avaliação do público.


Os condensados de Bose-Einstein


A quinta forma da matéria foi descoberta há bem pouco tempo, em 5 de junho de 1995, após quinze anos de pesquisas em todo o mundo. Este novo estado da matéria foi previsto há várias décadas pelo físico indiano Satyendra Nath Bose (a esquerda) e pelo físico alemão Albert Einstein (a direita), já em 1924, ao desenvolverem uma teoria que hoje é conhecida como estatística de Bose-Einstein.

Os condensados de Bose-Eintein são formados quando os cientistas refrigeram certas partículas que são coletivamente chamadas de bóson até temperaturas extremamente baixas.

Esses bósons super-frios se juntam formando uma única super-partícula que se comporta mais como uma onda do que como uma partícula ordinária de matéria. Os condensados de Bose-Einstein são muito frágeis e, curiosamente, a luz se propaga muito lentamente através deles.

A primeira obtenção de um condensado de Bose-Einstein foi feita por pesquisadores pertencentes a uma equipe de cientistas sob a liderança do Dr. Eric Cornell e Dr. Carl Wieman esfriaram átomos de rubídio até uma temperatura menor do que 170 bilionésimos de grau acima do zero absoluto! Isso fez com que os átomos individuais se condensassem em um "super-átomo" que se comportou como uma entidade única.

Durante essa experiência, os físicos atingiram uma temperatura ainda mais baixa, da ordem de 20 bilionésimos de grau acima do zero absoluto, a menor temperatura até hoje conseguida em um laboratório! Mesmo as mais remotas regiões do espaço interestelar são um bilhão de vezes mais quentes do que a temperatura atingida nessa experiência, devido à radiação de fundo de microondas que passou a permear todo o Universo após o Big-Bang.

O zero absoluto é uma temperatura incrivelmente baixa para os nossos padrões, correspondendo a -273,15 graus Celsius. À medida que a temperatura diminui e se aproxima do zero absoluto a energia cinética das moléculas se aproxima de um valor finito. Portanto, não é correto considerar o zero absoluto como um estado de energia zero ou seja, o ponto no qual todos os átomos que compõem uma determinada substâncias não teriam qualquer movimento e, conseqüentemente, nenhum calor. No zero absoluto ainda resta alguma energia molecular, embora com um valor mínimo. Curiosamente, as leis da Termodinâmica nos provam que essa temperatura nunca pode ser alcançada!

Os cientistas norte-americanos mostraram que o condensado de Bose-Einstein formado é, na verdade, um novo estado da matéria pois possui propriedades completamente diferentes de qualquer outro tipo de matéria conhecida. Mais interessante ainda é saber que esse estado da matéria jamais existiu em qualquer lugar do Universo devido à baixíssima temperatura necessária para obtê-lo. Essa amostra, obtida pelos cientistas no laboratório, seria, portanto, o único pedaço desse material em todo o Universo!

O Plasma

Chamamos de plasma o quarto e mais abundante estado da matéria. Costuma-se pensar, normalmente, em três estados da matéria, sendo eles: o sólido, líqüido e gasoso. considerando a substância mais conhecida, a água, existem três estados físicos comuns: sólido (gelo), líqüido (água) e gasoso (vapor d'água). A diferença básica entre estes três estados é o nível de energia em que eles se encontram. Se adicionarmos energia sob forma de calor ao gelo, este transformar se em água, que sendo submetida à mais calor, vaporizará. Porém, se adicionarmos mais energia ao vapor, algumas de suas propriedades são modificadas substancialmente, tais como a temperatura e características elétricas. Este processo é chamado de ionização, ou seja a criação de elétrons livres e íons entre os átomos do gás. Quando isto acontece, o gás transforma-se em plasma.

Sendo eletricamente condutor, pelo fato de os elétrons livres transmitirem a corrente elétrica. Alguns dos princípios aplicados à condução da corrente através de um condutor metálico também são aplicados ao plasma. Por exemplo, quando a secção de um condutor metálico submetido a uma corrente elétrica é reduzida, a resistência aumenta e torna-se necessário aumentar-se a tensão para se obter o mesmo número de elétrons atravessando esta secção, e conseqüentemente a temperatura do metal aumenta. 

O mesmo fato pode ser observado no gás plasma; quanto mais reduzida for a secção tanto maior será a temperatura. A vizinhança das estrelas e o espaço inter-planetário encontram-se no estado de plasma. É, por isso, corrente afirmar que 99% do Universo encontra-se neste quarto estado da matéria. Mesmo na Terra, pode-se observar o plasma na natureza: as auroras boreais (e austrais) são grandes descargas luminescentes de partículas carregadas provenientes do sol e aprisionadas no campo magnético terrestre e que penetram na atmosfera e colidem com moléculas gasosas nas proximidades dos pólos.

Exemplo de plasma na natureza.


Isto sim conclui este setor. No próximo abordarei as propriedades físicas da matéria.









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