Física do ensino fundamental · Grades 1–9
9Gelo, água, vapor
A mesma água que tilinta no seu copo em forma de cubo de gelo é servida como bebida e sobe da panela de sopa como uma pluma branca. Um único material, três estados. No ano passado vimos o calor derreter um cubo de gelo; neste ano conhecemos os três estados da matéria que a água pode assumir.
9.1 Os três estados da água
Exemplo 9.1 (Onde mora cada estado)
A água pode estar em três estados da matéria. Sólido: o gelo — cubos de gelo, pingentes de gelo debaixo do telhado, geada no capim, neve. Um sólido é duro e guarda o seu formato. Líquido: a água que se derrama — a chuva, os rios, o mar, o seu copo. Um líquido escorre e assume o formato do recipiente. Gasoso: o vapor de água, água voando invisível pelo ar. Sólido, líquido, gasoso — mas sempre o mesmo material por baixo.
Observação 9.2 (O vapor de água é invisível)
A pluma branca que você vê acima da panela é feita de gotinhas de água flutuando — gotinhas de líquido. O gás de verdade — o vapor de água misturado no ar — não pode ser visto de jeito nenhum! Olhe com atenção o bico da chaleira: logo acima dele há um pequeno espaço transparente antes de a pluma branca começar. Nesse espaço a água é um gás, invisível; um pouquinho mais acima ela se junta nas gotinhas que dá para ver. Vapor de água invisível está escondido no ar de todos os cômodos, e vamos pegá-lo em flagrante antes do fim do capítulo.
9.2 Mudar de estado
Definição 9.3 (Derreter e congelar)
Quando o calor transforma o gelo sólido em água líquida, o gelo derrete. Quando o frio forte transforma a água líquida em sólido, a água congela. Derreter e congelar são portas opostas entre os mesmos dois estados: o calor empurra para um lado, o frio empurra para o outro.
Definição 9.4 (Evaporar e condensar)
Quando o calor faz a água líquida voar para o ar como gás, a água evapora — a poça encolhe, a roupa seca. Quando o vapor de água encosta em alguma coisa fria e volta a virar gotinhas de líquido, ele condensa — o embaçado na janela fria, a névoa no espelho do banheiro. De novo duas portas opostas: o calor manda a água para o estado gasoso, o frio a chama de volta para o líquido.
Exemplo 9.5 (Experimente: pegue a água invisível)
Pegue uma lata ou um copo recém-tirado da geladeira, seque bem a parte de fora com um pano e ponha sobre a mesa. Espere enquanto conta até . A parte de fora fica embaçada e depois molhada — surgem gotas do nada! Elas não estão vazando através do vidro: o vapor de água invisível do ar do cômodo encostou na parede fria e se condensou. Você acabou de pegar o gás invisível.
Exemplo 9.6 (Nuvens de respiração)
A sua respiração sempre carrega vapor de água invisível. Num dia quente ele continua invisível. Numa manhã gelada, o ar frio da rua o condensa na hora numa nuvenzinha na frente da sua boca — e o mesmo acontece numa janela fria quando você assopra nela para desenhar com o dedo.
Observação 9.7 (Vapor e fogão: cuidado)
O vapor de água acima de uma panela fervendo queima — ele é mais quente do que a própria água parece. Nunca ponha a mão dentro da pluma, e levante as tampas para o lado contrário ao do seu rosto, com um adulto por perto. Sempre que houver um fogão envolvido, as mudanças de estado são para ver, não para tocar.
9.3 A mesma água, dando voltas
Exemplo 9.8 (A poça que encolhe)
Depois da chuva, uma poça brilha no pátio. À tarde ela já encolheu; amanhã terá sumido. Ninguém a bebeu e ela não vazou pelo asfalto: o calor do Sol a fez evaporar, gota a gota, para o ar. Desenhe um contorno de giz em volta de uma poça de manhã e confira depois do almoço: a água recuou para dentro do seu contorno.
Exemplo 9.9 (Do mar até a chuva)
O que evapora tem de se condensar em algum lugar. A água sobe dos mares e das poças, invisível; lá no alto do céu, onde o ar é frio, ela se condensa nas gotinhas que formam as nuvens; as gotinhas se juntam, ficam pesadas e caem — chuva! A chuva enche as poças e os mares, e a viagem de ida e volta recomeça. A água do seu copo já fez essa viagem mais vezes do que qualquer pessoa consegue contar.
9.4 Exercícios
Exercício 9.1 ★
Em que estado da matéria está cada um destes — sólido, líquido ou gasoso: um pingente de gelo; o mar; a água invisível logo acima do bico da chaleira; a geada no capim; a chuva?
Solução
Solução de Exercício 9.1.
Pingente de gelo: sólido. O mar: líquido. A água invisível acima do bico: gasoso (vapor de água). A geada: sólido. A chuva: líquido.
Exercício 9.2 ★
Diga o nome da mudança de estado: um boneco de neve encolhendo no sol; uma poça sumindo; o embaçado aparecendo no espelho do banheiro; um lago ficando duro no inverno.
Exercício 9.3 ★
No desenho das mudanças de estado, para que lado o calor sempre empurra: para o sólido ou para o gás? E o frio?
Solução
Solução de Exercício 9.3.
O calor empurra na direção do gás (sólido para líquido para gasoso); o frio empurra de volta na direção do sólido (gasoso para líquido para sólido).
Exercício 9.4 ★
As gotas na lata gelada do Exemplo 9.5 — elas vazaram através do vidro? De onde elas vieram?
Solução
Solução de Exercício 9.4.
Não — vidro não vaza. O vapor de água invisível do ar do cômodo se condensou na parede fria de fora da lata e virou gotas visíveis.
Exercício 9.5 ★
Por que você enxerga a sua respiração numa manhã gelada e não num dia quente? Use as palavras da Definição 9.4.
Solução
Solução de Exercício 9.5.
A respiração sempre carrega vapor de água invisível. O ar gelado o condensa na hora em gotinhas — uma nuvem visível. O ar quente o deixa continuar evaporado, então não há nada para ver.
Exercício 9.6 ★
Roupa molhada seca mais depressa no sol do que na sombra. Qual mudança de estado está trabalhando, e o que o Sol acrescenta para acelerá-la?
Solução
Solução de Exercício 9.6.
A evaporação. O Sol acrescenta calor, e é o calor que manda a água para o ar como gás mais depressa.
Exercício 9.7 ★
Por que a pluma acima de uma panela fervendo é perigosa, e qual é a regra de segurança da Observação 9.7?
Solução
Solução de Exercício 9.7.
A pluma queima — ela é mais quente que a água quente do banho. A regra: nunca pôr a mão na pluma, levantar as tampas para o lado contrário ao do rosto e só fazer isso com um adulto por perto.
Exercício 9.8 ★
Conte a viagem de ida e volta de uma gota de chuva: comece no mar, termine de volta no mar e use as palavras evaporar e condensar no caminho.
Exercício 9.9 ★★
No bico da chaleira há um espaço transparente, e só acima dele começa a pluma branca. O que há nesse espaço transparente? O que isso mostra sobre a água no estado gasoso?
Solução
Solução de Exercício 9.9.
O espaço transparente guarda água no estado gasoso — vapor de água, invisível. Só um pouquinho mais acima o ar, esfriando, o condensa nas gotinhas brancas da pluma. Ou seja: o “vapor” de verdade não pode ser visto; o branco que chamamos de vapor já é feito de gotinhas de água líquida.
Exercício 9.10 ★★
Nino deixa um copo de água no parapeito da janela durante uma semana; o nível baixa dia após dia, embora ninguém beba dela. O gato dele é acusado. Defenda o gato: explique o que aconteceu de verdade e invente um jeito de mostrar que a água vai embora para o ar, e não para dentro do gato.
Solução
Solução de Exercício 9.10.
A água evaporou para o ar do cômodo, um pouquinho a cada dia. Para inocentar o gato: cubra um copo igual com um pratinho ou com plástico filme e deixe os dois lado a lado. Depois de uma semana o copo tampado continua cheio e o copo aberto baixou — a água escapa para o ar, e nenhum gato bebe através de uma tampa.