El estado de la materia es la forma como la materia se agrupa, formando una fase homogénea. Esto ocurre por la adición o sustracción de energía, que termina afectando el comportamiento de las moléculas. Los estados de la materia están relacionados con la temperatura a la que se encuentran.
Se conocen comúnmente tres estados de la materia o tres estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso. Esto son los más conocidos porque se pueden observar fácilmente en la naturaleza. El lector debe saber que, además, existen otros estados de la materia, los cuales requieren de condiciones diferentes, las cuales reseñaremos más abajo.
Diferencia entre estado de la materia y fase de la materia
Nos referimos como estado de la materia a la manifestación física de una sustancia homogénea, en cambio, la existencia de fases de materia nos indica la existencia de varios elementos o sustancias que se encuentran juntos y en similar estado de materia. Por ejemplo, el agua sola puede estar en estado líquido a temperatura ambiente. Si esta misma agua se mezcla con un aceite orgánico polar, puede formar fases, donde se observa al agua y al aceite formando dos fases, uno encima de otro.
Estados de materia
Se conocen comúnmente hasta cuatro estados de la materia: sólidos, líquidos, gaseoso y plasma. Sin embargo, se han descubierto muchos otros estados de la materia. Puede que algunos sean demasiado exóticos o requieran de condiciones realmente extraordinarias, o que existan de una manera muy sutil.
Sólido
Un sólido tiene forma y volumen definidos. Las partículas de un sólido se mantienen unidas de manera ordenada. Un ejemplo claro puede ser los cristales que pueden tener una Geometría como el cuarzo, también existen sólidos amorfos, que mantienen un desorden, por ejemplo, un mineral o roca, o el vidrio.
Líquido
Un líquido tiene volumen definido, su forma depende del recipiente que lo contiene. Las partículas dentro de un líquido se mantienen juntas, pero no unidas como en un sólido, lo que les permite fluir una contra otra. Imagínate un recipiente lleno de canicas, cada bola es una partícula, las cuales no se encuentran unidas, pero fluyen como cualquier líquido. Ejemplos: agua, aceite y alcohol.
Cada Líquido puede fluir dependiendo de la naturaleza de la sustancia, sus fuerzas intermoleculares, viscosidad o temperatura.
Gas
Un gas no tiene forma o volumen definido. Sus partículas se encuentran muy separadas y en movimiento caótico constante. Las partículas de un gas son como proyectiles que se disparan a todos lados, si no tienen un recipiente que los contenga, terminara disperso en la atmósfera. Ejemplos: aire, hidrogeno y helio.
El comportamiento de un gas depende principalmente del volumen, presión y temperatura a la que se encuentre. Las leyes de gases describen su comportamiento al conocer la sustancia y las condiciones mencionadas.
Plasma
El plasma no posee forma o volumen definido. Sus partículas están cargadas eléctricamente y separadas unas de otras por grandes diferencias. Se puede mencionar que el plasma es un gas en estado ionizado a altas temperaturas, donde sus iones y electrones se mueven libremente.
Una característica del plasma, es ser conductores de la electricidad y pueden ser contenidos dentro de campos magnéticos. Ejemplos de plasma: rayos y la aurora boreal.
Propiedades de sólidos, líquidos y gases
Propiedades de los sólidos
- Poseen forma y volumen constantes.
- Tienen rigidez y una estructura regular.
- No se puede reducir su volumen por presión.
- Se pueden dilatar o contraer si se cambia su temperatura.
Propiedades de los líquidos
- No tienen forma definida, solo volumen.
- Su forma depende del recipiente que los contiene.
- Puede fluir con facilidad si no se encuentran contenidos en un recipiente.
- Se puede dilatar o contraer como los sólidos.
Propiedades de los gases
- No tienen forma ni volumen definidos.
- Pueden cambiar de volumen por la variación de temperatura y presión.
- Un gas ocupa todo el recipiente que lo contiene.
- Puede tener la forma del recipiente completo.
- Comparado con los otros estados, este es el más fácil de comprimir.
- Se difunden o mezclan fácilmente con otros gases, como también líquidos o sólidos.
- Se pueden contraer o dilatar.
Transiciones de fase que existen en los estados de la materia
Cuando la materia realiza un cambio de estado, mediante una variación en presión y/o temperatura, ocurre una transición de fase.
- Fusión: Es el cambio de fase de estado sólido a líquido.
- Solidificación: Cambio de fase de estado líquido a estado sólido.
- Sublimación: Sucede cuando un sólido pasa directamente a estado gaseoso.
- Cristalización o sublimación inversa: Es un cambio de gas a sólido.
- Ebullición o vaporización: Es el cambio de estado líquido a estado gaseoso
- Condensación: Es el cambio de estado gaseoso a líquido.
Otros estados de la materia
Condensado de Bose-Einstein
Un condensado de Bose-Einstein se le conoce como el quinto estado de la materia. En un condensado de Bose-Einstein, las partículas de materia dejan de comportarse como entidades individuales y pueden describirse con una sola función de onda. Se manifiestan como superfluidos gaseosos a temperaturas cercanas al cero absoluto.
Condensado fermiónico
Es similar a un condensado de Bose-Einstein, donde las partículas en un condensado fermiónico se pueden describir mediante una función de onda uniforme. La diferencia es que el condensado está formado por fermiones. Debido al principio de exclusión de Pauli, los fermiones no pueden compartir el mismo estado cuántico, pero en este caso los pares de fermiones se comportan como bosones.
Plasma de Quark Gluones (QGP)
Es un estado especial de la materia que ocurrió una millonésima de segundo después del Big Bang, hasta un momento antes de enfriarse para formar los demás estados de la materia. Se caracteriza por temperaturas y energía extremas. En ese punto formo una gran sopa de gluones y quarks.
Se pudo comprobar en el año 2005 que este plasma se comporta como un superfluido de poca viscosidad. Es un estado de la materia que aún continúa siendo investigado.
Materia degenerada
La materia degenerada es un conjunto de estados exóticos de materia que ocurren bajo una presión extremadamente alta (por ejemplo, dentro de los núcleos de estrellas o planetas masivos). El término «degenerado» proviene por la manera en que la materia existe en dos estados con la misma energía, haciéndolos intercambiables. Aquí, los átomos se deberán perdiendo su estructura, donde los electrones se salen de sus órbitas para ejercer una fuerza de expansión en contra de la presión a la que se somete.
Si la presión es muy extrema, puede llegar a degenerar los núcleos atómicos, donde perderían su estructura, creando una acumulación de neutrones y protones.
Vidrio
Un vidrio es un sólido amorfo intermedio entre red cristalina y líquido. Algunos lo consideran como un estado especial de la materia porque tiene propiedades de los sólidos o líquidos y porque se encuentra en un estado metaestable.
Superfluido
Un superfluido es un estado líquido especial que ocurre cerca del cero absoluto. No se encuentra en estado líquido normal, y un superfluido tiene una viscosidad de cero.
Dropleton
Esta es una «niebla cuántica» de electrones y huecos que fluyen como un líquido.
Singularidad gravitacional
Una singularidad no es un estado de la materia como tal, pero es un objeto formado por masa y energía sin materia. Por ejemplo: un agujero negro.
Hielo superiónico
Se refiere a agua en forma de cristales de hielo bajo una presión, 2 millones de atmósferas y temperaturas cercanas a los 5,000 °C. En estas condiciones, el hielo tiene una gran compactación, pero por la alta temperatura se pierden los enlaces de la molécula de agua. Se obtiene, así, un hielo con un comportamiento de dos fases: líquido y sólido. El oxígeno forma una estructura cristalina, y los átomos de hidrógeno fluyen a través de ellos.
Se cree que este hielo superiónico se puede encontrar en planetas gaseosos y helados como Urano o Neptuno, que poseen las condiciones para su formación. Queda por comprobar el mismo comportamiento en otras sustancias para que se determine como un nuevo estado de la materia.
Video: Existen estados de la materia ¡QUE NO CONOCES!
Referencias
- Matter: Definition & the Five States of Matter. Mary Bagley. 2019. livescience.com
- Estado de agregación de la materia. Wikipedia
- State of Matter Definition. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. 2019. thoughtco.com
- Los (otros) estados de la materia: mucho más que sólido, líquido y gas. Miguel Barral. 2018. bbvaopenmind.com
