O ponto de partida. Há duas ideias a juntar. A primeira é o que distingue o calor das outras formas de transferir energia: calor é a energia transferida entre dois sistemas que estão a temperaturas diferentes, espontaneamente, do mais quente para o mais frio, por interações entre as partículas dos dois sistemas (num contacto direto, por condução). Não há forças macroscópicas a deslocar nada (isso seria trabalho), e a radiação, que também existe, é aqui muito menos importante do que o contacto. A segunda é o modelo corpuscular dos estados físicos: num sólido, as partículas estão ligadas umas às outras e vibram em torno de posições fixas; num líquido, continuam próximas e ligadas, mas as ligações estão enfraquecidas o suficiente para as partículas mudarem de posição e deslizarem umas sobre as outras. Fundir é passar de um modelo ao outro, e isso exige energia.
O item pede uma descrição à escala atómica — das partículas, não do pedaço de metal. Segue a ordem que o enunciado impõe.
1.º — porque é que a energia é transferida como calor
A temperatura da pele de uma mão ronda os 33 a 36 ∘C — superior aos 30 ∘C do ponto de fusão do gálio, e superior à temperatura do gálio sólido (que, num ambiente comum, estará a uns 20 a 25 ∘C). A mão e o gálio estão em contacto e a temperaturas diferentes: é exatamente a condição para haver transferência de energia como calor, da mão (mais quente) para o gálio (mais frio).
À escala das partículas: as partículas da pele, mais agitadas, colidem com as partículas do gálio, menos agitadas, e cedem-lhes energia nessas interações. É a condução térmica.
Este é o primeiro elemento dos critérios, e a palavra-chave é temperaturas diferentes. Dizer apenas «a mão está quente» não justifica que se trata de calor; tens de dizer que há uma diferença de temperatura entre os dois sistemas em contacto.
2.º — o que sucede às partículas do gálio ao receberem energia
O gálio é um metal: no sólido, os seus átomos (catiões envolvidos por eletrões de valência deslocalizados) ocupam posições fixas numa rede organizada e vibram em torno delas. A energia recebida aumenta a agitação dessas partículas — vibram com maior amplitude —, a começar pela zona de contacto com a mão, e a temperatura do gálio sobe até aos 30 ∘C.
É o segundo elemento: «a agitação das partículas constituintes do gálio aumenta». Fala de partículas (átomos, catiões) e da sua agitação; frases como «o gálio aquece» ficam à escala macroscópica e não respondem ao que o item pede.
3.º — porque é que o gálio funde
Quando o gálio atinge o ponto de fusão, o aumento da agitação das partículas é suficiente para enfraquecer as ligações que as mantêm nas posições fixas da estrutura do sólido. As partículas deixam de estar presas a essas posições e passam a poder deslizar umas em relação às outras: a estrutura ordenada do sólido desfaz-se e o gálio passa ao estado líquido.
Repara num pormenor que vale a pena perceber, embora não seja pedido: durante a fusão, a temperatura mantém-se nos 30 ∘C. A energia que continua a chegar da mão não aumenta a agitação média (a temperatura), mas é usada para enfraquecer as ligações entre as partículas — aumenta a parcela potencial da energia interna do gálio. É por isso que existe uma entalpia de fusão: a energia necessária para fundir uma dada massa de sólido já no ponto de fusão.
É o terceiro elemento. Os critérios aceitam «enfraquecer», «quebrar parcialmente» ou «quebrar» as ligações (ver a nota); o que não podes é deixar a fusão sem causa à escala atómica.
porque é que isto acontece com o gálio e não com o ferro
Com o ferro (ponto de fusão de cerca de 1538 ∘C) a mão também cede energia como calor e a agitação das partículas também aumenta, mas nem de perto o suficiente para enfraquecer as ligações metálicas do ferro: a mão não consegue levá-lo ao ponto de fusão. O que torna o gálio «peculiar» é ter ligações entre as partículas suficientemente fracas para que a temperatura da mão chegue para o fundir — o ponto de fusão de 30 ∘C é a medida macroscópica dessa fraqueza.
como o item é corrigido
O item é classificado por níveis de desempenho: conta-se o número de elementos (três) e avalia-se a articulação entre eles e a linguagem científica.
- Três elementos, articulados e com linguagem científica adequada: 10 pontos; com falhas: 8.
- Dois elementos: 6 ou 4.
- Um elemento, com linguagem científica adequada: 2; um só elemento com falhas de linguagem vale 0.
A sequência causal é o que dá a articulação: diferença de temperatura → calor → maior agitação das partículas → ligações enfraquecidas → fusão. Escreve-a com conectores («porque», «Ao receber energia,», «Quando…, esse aumento…»).
onde se perdem pontos
- Justificar o calor só com «a mão é quente». Sem a diferença de temperatura entre a mão e o gálio, falta a razão pela qual a transferência é calor. É o primeiro elemento, e o enunciado manda começar por ele.
- Dizer que «o calor passa para o gálio» como se fosse uma substância. Calor é energia transferida, não algo que o corpo contém. «A mão transfere energia, como calor, para o gálio» é a linguagem correta.
- Ficar à escala macroscópica. «O gálio aquece e derrete» não descreve nada à escala atómica. Tens de falar da agitação das partículas e das ligações entre elas.
- Dizer que as partículas «derretem» ou «se dilatam». As partículas não mudam de estado nem de tamanho; o que muda é a sua agitação e a ligação entre elas.
- Afirmar que as ligações se quebram todas. Isso descreveria a passagem a gás. No líquido as partículas continuam próximas e ligadas, com ligações mais fracas. «Enfraquecer», «quebrar parcialmente» ou «quebrar» são aceites, mas «as partículas ficam livres e afastadas» é uma contradição que pode anular o elemento.
- Falta de articulação. Três frases soltas, mesmo certas, descem-te de 10 para 8 pontos.
para reconhecer o próximo item deste tipo
Num item que pede para descrever uma mudança de estado «à escala atómica» (ou «a nível molecular»), a resposta tem sempre a mesma espinha: origem da energia (diferença de temperatura → calor, ou trabalho, ou radiação) → efeito nas partículas (aumento da agitação) → efeito nas ligações (enfraquecimento, que permite às partículas mudar de posição). E lembra-te de que, durante a mudança de estado, a temperatura não muda: a energia vai para as ligações.