Sistemas e Fases

A Química estuda não apenas a matéria, mas também a forma como ela está organizada em diferentes partes do universo.

Para facilitar o estudo, os químicos costumam dividir o universo em porções chamadas sistemas químicos.

1. O que é um sistema químico?

Um sistema químico é qualquer parte do universo que escolhemos observar ou estudar.

Pode ser uma gota de água, um pedaço de granito, ou até mesmo o ar que respiramos.

Qualquer coisa que isolamos para analisar compõe um sistema.

Um sistema químico pode conter uma ou mais substâncias, que podem estar uniformemente misturadas ou separadas em diferentes porções visíveis. Essas porções distintas dentro de um sistema são chamadas de fases.

2. Homogêneos vs. Heterogêneos: como identificar?

Os sistemas químicos são classificados em homogêneos ou heterogêneos, dependendo de quantas fases eles apresentam.

Uma fase é uma parte de um sistema que tem as mesmas propriedades em toda a sua extensão.

Ou seja, tudo que está dentro de uma fase possui mesma cor, mesmo estado físico, mesma densidade. 

Sistemas homogêneos:

Apresentam apenas uma fase, onde todas as partes têm as mesmas propriedades físicas e químicas.

Exemplos: água com sal dissolvido, álcool misturado com água, ou o ar atmosférico sem partículas visíveis.

Sistemas heterogêneos:

Apresentam duas ou mais fases, que podem ser distinguidas a olho nu ou com a ajuda de aparelhos ópticos.

Exemplos: água e areia, óleo e água, ou granito (que contém quartzo, feldspato e mica).

3. Mistura x Sistema

Isso pode gerar confusão em você, portanto vamos lá.

Mistura é formada por duas ou mais substâncias diferentes, combinadas, sem que haja reação entre elas.

Sistema é qualquer porção isolada do universo que resolvemos estudar, podendo ter uma substância ou mais. 

Nós temos até uma frase conhecida para isso:

"Toda mistura heterogênea é um sistema heterogêneo, mas nem todo sistema heterogêneo é uma mistura heterogênea, ou sequer uma mistura."

Isso acontece porque eu posso ter um sistema heterogêneo formado por água e gelo. 

Água e gelo são a mesma substância, portanto não formam mistura. Porém, eles formam duas fases, então formam um sistema heterogêneo.

Percebeu o segredo da coisa?

4. Sistema Aberto x Sistema Fechado

Quando estudamos sistemas químicos, precisamos considerar como eles interagem com o ambiente ao redor.

Existem dois tipos principais de sistemas: sistema aberto e fechado. 

Sistema aberto:

Nesse tipo de sistema, há troca de matéria e energia com o ambiente.

Por exemplo, um copo de água deixado no sol pode perder água por evaporação (troca de matéria) e absorver calor do ambiente (troca de energia).

Sistema fechado:

Aqui, não há troca de matéria com o ambiente, mas pode haver troca de energia.

Um exemplo seria uma panela de pressão fechada: a água não sai, mas o calor do fogão aquece o sistema (troca de energia).

Para entender melhor, pergunte-se:

1️⃣ O sistema perde ou ganha matéria? Se sim, é aberto.

2️⃣ O sistema troca calor ou energia com o ambiente? Se sim, pode ser aberto ou fechado, dependendo da troca de matéria.

E o fato do sistema ser aberto ou fechado influencia no número de componentes e de fases do sistema?

Sim, o tipo de sistema pode influenciar no número de componentes e fases.

Quando o sistema está fechado, precisamos considerar a porção de ar que está preso dentro dele como parte do sistema.

Já em um sistema aberto, não precisamos considerar o ar ao redor, pois ele não faz parte do que estamos analisando/estudando.

Fique atento com isso. Um copo d'água possui uma fase e um componente: a água e a sua fase líquida. 

Se eu coloco uma tábua em cima do copo e fecho o sistema, ele passa a possuir duas fases: a líquida da água e a gasosa do ar. 

O ar tem muitos componentes, então depois falamos dele com mais calma. 

5. Como identificar quantas fases o sistema possui?

Para identificar quantas fases o sistema possui, eu costumo pensar em duas etapas. 

Na primeira etapa, eu analiso o que é regra, o que sempre acontece.

Na segunda etapa, eu analiso se existe alguma exceção muito conhecida. 

Vamos ver as regras básicas primeiro. 

1️⃣ Se seu sistema estiver fechado, lembre que existe a fase gasosa composta, no mínimo, pelo ar. 

2️⃣ Se seu sistema for apenas de gases, existirá apenas uma fase. Mesmo que você tenha cinquenta gases diferentes. 

3️⃣ Se seu sistema for apenas de sólidos, ele possuirá várias fases. 

4️⃣Se seu sistema for apenas de líquidos, você deve ver se eles se misturam ou não. Se eles se misturam, formam apenas uma fase. Se não se misturam, formam várias.

5️⃣ Se os líquidos se misturam, existe apenas uma fase. Mas se eles não se misturam, existem várias fases. 

Lembre-se que semelhante se mistura com semelhante, então quem define se os líquidos serão miscíveis ou imiscíveis é a polaridade dos componentes. 

Agora, vamos para exceções:

1️⃣ Ligas metálicas são sólidos, mas são formados por apenas uma fase, apesar de ter mais de um componente!

2️⃣ O ar é formado por inúmeros componentes e uma única fase.

Normalmente, as questões consideram 2 a 3 componentes (oxigênio, nitrogênio e às vezes argônio). Portanto, confira com seu professor como ele gosta de cobrar.

3️⃣ A pólvora possui três fases e três componentes: salitre, enxofre e carvão. Desses 3 componentes, o único solúvel em água é o salitre.

4️⃣ O granito possui três fases e três componentes: quartzo, mica e feldspato.

6. Casos especiais: mudanças de estado e sistemas complexos

Uma substância pura, como a água, pode formar um sistema heterogêneo em condições específicas, como durante mudanças de estado físico.

Por exemplo, o gelo e água líquida: enquanto o gelo está derretendo, temos duas fases (sólido e líquido) coexistindo no mesmo sistema.

Agora a água em ebulição: enquanto a água líquida se transforma em vapor, coexistem as fases líquida e gasosa.

Esses casos são chamados de sistemas bifásicos, pois apresentam duas fases.

Quando há mais de duas fases, chamamos de sistemas polifásicos.

Conclusão

No próximo capítulo, farei vários exemplos com você de identificar quantas fases e quantos componentes de um sistema.

Será um capítulo de zero teoria, apenas exemplos. Vamos lá!