O mundo que nos rodeia

Para um cientista, matéria é tudo aquilo que tem massa e ocupa um volume no espaço. Essas duas propriedades, massa (m) e volume (v), são características de todos os tipos de matérias e permitem definir a densidade (d) do material.

Hoje sabemos que a matéria é sempre constituída por um aglomerado de partículas fundamentais (ou elementares) e que todos os corpos do Universo, vivos ou não, são agrupamentos dessas partículas. O numero de partículas fundamentais conhecidas hoje passa de cem, mas três delas se destacam por estarem presentes em grande parte dos fenômenos observados cotidianamente: os elétrons (com recarga elétrica negativa), os prótons (com carga elétrica positiva) e os nêutrons (sem recarga elétrica). Essas partículas se juntam em grupamentos bem definidos chamados átomos. Os prótons e os nêutrons juntam-se numa região central denominada núcleo, e os elétrons se distribuem numa “nuvem” ao redor do núcleo, denominada eletrosfera. Os átomos formam novos grupamentos, as moléculas e, finalmente, as moléculas se agrupam formando os corpos. A matéria pode se apresentar, basicamente, em três estados: sólido, líquido e gasoso que são chamados estados físicos da matéria. Em condições adequadas, a matéria pode se apresentar em qualquer um desses três estados. O exemplo mais familiar é p da água. Quando a temperatura é relativamente baixa, a água pode se apresentar no estado sólido, quando, então recebe o nome de gelo e, nesse estado físico, tem forma e volume bem definidos. Em temperaturas mais amenas, ela se apresenta no estado líquido. Da mesma forma que os sólidos, os líquidos têm volume bem definido, mas sempre assumem a forma do recipiente em que estão contidos. Quando a temperatura atinge valores elevados, a água passa para o estado gasoso e torna-se um vapor invisível. Uma substancia no estado gasoso não apresenta volume nem forma definidos. Ela espalha-se de modo a preencher todo o volume do recipiente no qual esta contida. Nesta foto, podemos ver como a água pode se apresentar na natureza, nos três estados físicos: no estado sólido, sob a forma de gelo no iceberg; no estado líquido, a água do mar; e no estado gasoso, sob a forma de vapor disperso na atmosfera.

Propriedades físicas

Podemos distinguir os vários tipos de matéria por diferenças em suas propriedades físicas. Uma propriedade física pode ser observada ou medida sem alteração da estrutura química da substância. A densidade citada anteriormente, por exemplo, pode ser medida para ajudar a identificar uma substância desconhecida. As propriedades físicas são fundamentais para a escolha do material a ser utilizado em uma determinada aplicação. A maleabilidade, a condutividade, a elasticidade, a ductibilidade, as propriedades ópticas, a dureza e os pontos de fusão e de vaporização são exemplos de propriedades físicas. Muitos metais sólidos podem ser martelados ou laminados em finas placas sem que se quebrem. Essa propriedade, chamada maleabilidade, permite, quase sempre, que os metais sejam moldados em qualquer forma necessária. A condutibilidade é a propriedade que possibilita a um material a condução de um fluxo de calor ou de eletricidade através dele. Os metais são bons condutores de calor e de eletricidade. Razão eles são utilizados na fabricação de panelas, frigideira e radiadores, para conduzir calor, e em fios de instalações elétricas, para conduzir eletricidade. Materiais que não conduzem bem o calor ou a eletricidade são classificados como isolantes. Os materiais quando submetidos a esforços mecânicos, por exemplo tração e compressão, dentro de certos limites, se deformam e tornam ao estado inicial quando se retira o esforço. Essa propriedade, chamada elasticidade, é muito acentuada no caso da borracha e das molas metálicas. Filamentos de borrachas podem ser agrupados em tecidos para torná-los elásticos. Esses tecidos podem, então, ser usados na confecção de roupas e em outras atividades. Muitos materiais, do ponto de vista prático, são inelásticos, ou seja, apresentam tão pouca elasticidade que podemos considerá-los rígidos. É o caso, por exemplo, de um tampo de mármore para mesa. A ductibilidade é a propriedade que permite a um sólido ser estirado ao ponto de se converter em um fio muito fino sem se quebrar. Materiais com essa propriedade são usados na fabricação de fios elétricos, jóias, tubos e correntes. Platina e cobre são materiais que apresentam grande ductibilidade. Um metal pode ser tracionado e obrigado a passar por um orifício tomando a forma de um fio. Tal processo de produção é denominado extrusão. As propriedades ópticas de um material estão relacionadas ao comportamento da luz que passa através dele. A luz atravessa um vidro isso, de vidraça, por exemplo, e sem perturbação. Esse tipo de material é chamado transparente. Outras matérias, como o papel vegetal, perturbam a passagem da luz e não permitem que os objetos sejam vistos claramente através dele. Esses materiais são chamados translúcidos. Outros materiais, ainda, como os tijolos, não permitem a passagem da luz através deles, e são chamados opacos. Quando se adiciona sal de cozinha (uma colher) à água (um copo), ele se dissolve. Dizemos que o sal de cozinha é solúvel em água. Muitos materiais são solúveis em água ou em outros líquidos. Essa propriedade é chamada de solubilidade. Uma solução pode incluir qualquer dos estados físicos de matéria. Zinco derretido é solúvel em cobre liquido chamada latão. Substâncias sólidas diferem entre si em dureza, que é uma medida da resistência que apresentam ao serem riscadas. Por exemplo, se uma substância A pode riscar uma substancia B. o diamante é a substância mais dura encontrada na natureza e pode ser usada para cortar e polir pedras preciosas e vidro. Muitos materiais têm pontos de fusão e de vaporização bem característicos. O ponto de fusão é a temperatura na qual o material passa do estado sólido para o líquido. O gelo, por exemplo, derrete a 0 °C, sob pressão normal. O ponto de vaporização é a temperatura na qual o material passa do estado líquido para o gasoso. A água, sob normal, ferve, passando para o estado gasoso a 100 °C. Substâncias diferentes fundem-se e vaporizam-se a diferentes temperaturas. Muitos metais podem ser fundidos e depois moldados para assumir a forma de peças de máquinas, utensílios de cozinha, estatuas etc.

Uma ferramenta poderosa

Atualmente quase toda pesquisa científica exige a manipulação e análise de uma quantidade inimaginável de dados. Como a advento do computador, a partir de meados da Segunda Guerra Mundial, o tratamento desses dados passou a ser feito em uma fração do tempo exigido anteriormente. O primeiro computador a válvula, conhecida como Eniac, era capaz de calcular a trajetória de bombas lançadas por canhões antes que elas atingissem o alvo. Um grande feito para a época. Hoje, um computador pessoal de mesa pode realizar tarefa semelhante em segundos e com uma precisão muito maior. Atualmente os computadores estão presentes em todas as áreas, da Medicina à indústria, passando pela indústria cinematográfica. Neste capitulo veremos como os cientistas obtêm dados e como se utilizam deles para resolver problemas práticos.