Exercícios: A teoria cinético-molecular

Ao preparar um refrigerante usas água da torneira, deitas alguns cubos de gelo e, ao fundo da cozinha, sai vapor de uma panela. Indica os três estados em que a água se pode encontrar e escreve um exemplo do dia a dia para cada um, diferente dos que aqui aparecem.

Completa a frase com as palavras em falta: «Segundo a teoria cinético-molecular, toda a matéria é formada por $\dots$ muito pequenas que estão em contínuo $\dots$». Explica depois por palavras tuas por que razão não conseguimos ver essas partículas.

A Beatriz deixa na prateleira do seu quarto uma pedra que apanhou na praia. A pedra não muda nem de forma nem de tamanho, esteja onde estiver. A figura mostra como as partículas estão organizadas dentro de um sólido como esta.

Explica, com base na teoria cinético-molecular, por que razão os sólidos têm forma e volume próprios. Pensa em como as suas partículas estão ligadas e em como se movem.

O Tomás verte o sumo de um copo largo para uma garrafa estreita: o sumo muda de forma, mas a quantidade de sumo é a mesma. A figura mostra o sumo nos dois recipientes.

Explica por que razão um líquido tem volume próprio mas não tem forma própria, pensando em como as suas partículas se movem.

Ao encher uma bola, o ar que entra acaba por ocupar todo o seu interior. É indiferente se a bola é esférica, como as de futebol, ou oval, como as de râguebi: o ar enche-a sempre por completo. Na figura estão representadas as suas partículas dentro da bola.

Explica o que fazem as partículas de um gás e por que razão os gases não têm nem forma nem volume próprios.

A Paula tapa com o dedo a saída de uma seringa cheia de ar e empurra o êmbolo: o ar pode ser bastante comprimido. Se encher a seringa com água e repetir o teste, o êmbolo quase não se move. A figura representa os dois testes.

Que diferença existe entre as partículas de um gás e as de um líquido que explica este resultado?

A Leonor põe perfume no pulso no seu quarto e, pouco depois, o irmão sente o aroma a partir da sala sem haver correntes de ar. Como chegaram as partículas do perfume até ao nariz do irmão? Como se chama esse fenómeno?

Um colchão insuflável acabadinho de encher está duro: ao apertá-lo com a mão, notas que oferece resistência. Explica, com base na teoria cinético-molecular, o que fazem as partículas de ar contra as paredes interiores do colchão e por que razão isso explica que sintamos essa resistência.

O Hugo deixa cair, com cuidado e sem mexer, uma gota de tinta num copo de água. Passado algum tempo, toda a água ficou tingida de cor, como se mostra na figura.

Que fenómeno ocorreu? Explica-o com a teoria cinético-molecular: o que fazem as partículas da tinta e as da água?

Se escapar um pouco de gás de uma botija de butano, sente-se o cheiro em toda a cozinha em poucos segundos. Pelo contrário, uma gota de tinta num copo de água demora vários minutos a tingi-lo por completo. Por que razão achas que a difusão é muito mais rápida nos gases do que nos líquidos? Pensa na distância entre as partículas e em quão livres estão para se moverem.

Num sólido, as partículas vibram quase sem sair do sítio; num líquido, deslizam umas sobre as outras; num gás, movem-se livremente por todo o recipiente. Associa cada tipo de movimento a uma das seguintes observações e justifica a associação:

1. a) Um bloco de ferro conserva sempre a sua forma.
2. b) A água de uma garrafa pode ser deitada num copo.
3. c) O ar de um balão enche todo o seu interior.

A Matilde compara duas bolas: uma vazia, que está mole, e outra recém-cheia, que está dura. Dentro da segunda há muito mais partículas de ar, como se mostra na figura.

Explica, pensando nas colisões das partículas contra as paredes da bola, por que razão a bola cheia está mais dura.

Num frasco de desodorizante lê-se: «Não expor a temperaturas superiores a $50\ ^\circ\text{C}$». O frasco é hermético e contém gás sob pressão. Explica o que acontece às partículas do gás quando o frasco aquece e por que razão o frasco pode chegar a rebentar.

Ao passar à porta de uma padaria sentes o cheiro a pão acabado de cozer, mas o aroma não chega de imediato: demora alguns segundos a percorrer os poucos metros até ti, apesar de as partículas do aroma se moverem muito depressa. O que acontece a essas partículas no trajeto? Pensa nas partículas de ar que já existem entre a padaria e o teu nariz.

Após um longo passeio de bicicleta num dia de calor, o Omar nota os pneus mais duros do que ao sair de casa, sem ter usado a bomba de ar e sem furos. Explica, com a teoria cinético-molecular, o que aconteceu às partículas do ar no interior dos pneus.

Numa botija pequena de campismo cabe gás suficiente para encher muitos balões grandes. Como é possível que tanto gás caiba num recipiente tão pequeno? Relaciona isto com os espaços vazios que existem entre as partículas de um gás.

Em casa da Carla, a sopa quente acabada de servir cheira-se logo a partir do corredor, mas o gaspacho frio quase não se nota até se aproximar o nariz do prato. Explica a diferença com a teoria cinético-molecular: que efeito tem a temperatura sobre as partículas e de que forma isso influencia a difusão do odor?

No laboratório, o Tomás prepara dois copos: um com água fria do frigorífico e outro com água quente. Deixa cair uma gota de corante em cada um, em simultâneo e sem agitar, como se mostra na figura.

1. a) Prevê o que se observará em cada copo ao fim de cinco minutos.
2. b) Explica a tua previsão com base na teoria cinético-molecular.
3. c) Enuncia uma conclusão geral que relacione a temperatura com a velocidade da difusão.

Os balões-sonda que medem as condições atmosféricas são largados semicheios. À medida que sobem, a pressão do ar exterior é cada vez menor e o balão expande-se cada vez mais até rebentar. A figura mostra o balão ao ser largado e a grande altitude.

Explica, pensando nas colisões das partículas do interior e do exterior, por que razão o balão se expande à medida que a pressão exterior diminui.

Uma garrafa de plástico vazia e bem fechada fica esquecida dentro de um carro ao sol: passado algum tempo fica saliente, como que insuflada. Se a colocares no frigorífico durante algumas horas, surge amolgada, comprimida para dentro. Explica as duas alterações com recurso à teoria cinético-molecular: o que fazem as partículas do ar interior em cada caso e o que acontece à pressão.

Uma bola de ténis de mesa amolgada, mas sem furos, é mergulhada em água quente e recupera a sua forma esférica.

1. a) Explica por que razão o calor da água ajuda a desamolgá-la: o que fazem as partículas do ar do interior?
2. b) O truque funcionaria se a bola tivesse um pequeno furo? Justifica a resposta.

A Valéria enche uma seringa com $10\ \text{mL}$ de ar, tapa a saída com o dedo e empurra o êmbolo até reduzir o ar a $5\ \text{mL}$.

1. a) O número de partículas de ar no interior da seringa alterou-se?
2. b) O que acontece ao número de colisões das partículas contra as paredes a cada segundo?
3. c) A pressão do ar aumenta ou diminui? Justifica as três respostas.

Planifica uma experiência para comprovar que as partículas de um gás estão em movimento contínuo usando apenas um ambientador em spray, um cronómetro e uma fita métrica. Indica:

1. a) O que farias e o que medirias.
2. b) Que resultado esperas obter.
3. c) A que conclusão chegarias se o resultado confirmasse a teoria.

O nível da água de um copo esquecido no peitoril de uma janela desce ao fim de algumas semanas, embora ninguém beba dele. Explica, com recurso à teoria cinético-molecular, o que acontece às partículas mais rápidas da superfície da água. Depois, prevê o que aconteceria ao nível da água se o copo estivesse hermeticamente tapado e justifica.