Estados de agregación de la materia

¿Qué es la materia?

La materia es todo aquello que tiene existencia en una determinada delimitación del espacio-tiempo y es perceptible a través de los sentidos o de objetos físicos de medición y detección, teniendo una cierta cantidad de energía y siendo propensa a sufrir cambios a través del tiempo. También puede entenderse como la sustancia que conforma todas las cosas o el material con el que está hecho el universo. La materia está compuesta de moléculas y átomos, conformados a su vez por protones, neutrones y electrones, aunque actualmente se entiende que los átomos están compuestos por leptones (electrones, muón, Tau, neutrinos-electrón, neutrinos muón y neutrinos-tau) y quarks (up, down, charm, strange, top y botom).

¿Qué son los estados de agregación de la materia?

Los estados de agregación de la materia, también conocidos únicamente como estados de la materia, son las fases o estados de cierta sustancia dentro de una presión y una temperatura específica, lo que modifica la densidad de los átomos y las fuerzas de unión entre las diferentes partículas. Aunque por lo general se habla de que los estados de la materia son sólo tres o cuatro, en la actualidad se conocen o se han teorizado los siguientes estados de la materia:

Sólido: es el estado de aquellas sustancias que están entrelazadas a partir de estructuras de átomos estrechas y definidas. Así, pueden soportar fuerzas sin deformarse. Por lo general, los sólidos son duro debido a que las fuerzas de atracción en sus átomos son mayores que las de repulsión. Algunas de sus principales características son: forma definida con fuerzas elásticas, resistentes a la fragmentación, fluido bajo o nulo, alta cohesión e incompresibilidad.

Líquido: es el estado de aquellas sustancias que pueden fluir y adaptarse a la forma de los recipientes que las contengan. Los átomos en el estado líquido siguen unidos, aunque con una fuerza menor que en los sólidos, por lo que no presentan dureza y pueden fragmentarse. Algunas de sus principales características son: poseen movimiento, son poco compresibles, tienen baja cohesión, no poseen memoria de forma ni fuerzas elásticas y pueden adaptarse a un recipiente.

Gaseoso: es el estado de aquellas sustancias cuyas moléculas se encuentran desordenadas y alejadas unas de otras debido a la poca fuerza de atracción entre las mismas. Así, los gases no poseen una forma definida ni un volumen. De manera que pueden expandirse libremente por un recipiente que los contenga. Igualmente, pueden ser fácilmente comprimidos por la poca densidad de sus moléculas.

Plasmático: también conocido como estado plasma, se trata de un gas ionizado. Es decir, que los átomos de la sustancia se han separado de varios de sus electrones, por lo que el gas se encuentra conformado por cationes, de carga positiva, y aniones, de carga negativa. Estos, a pesar de estar separados unos de otros, sirven como un gran conductor. Este estado pueden encontrarse en el Sol y en las estrellas. De este estado se conocen dos tipos: los plasmas fríos, que son aquellos cuyos electrones llegan a temperaturas de 5.000°C pero sus iones están en temperatura ambiente; y los plasmas calientes, que con aquellos con átomos chocando entre sí, ionizándose con los golpes y produciendo luz.

Condensado de Bose-Einstein: descubierto por los físicos Carl E. Wieman, Eric A. Cornell y Wolfgang Ketterle (siendo galardonados con el Premio Nobel de Física por ello), se trata de un estado en el que la temperatura es tan baja que los átomos quedan inmóviles.

Condesado de Fermi: semejante al condesado de Bose-Einstein, se trata de un estado conseguido a temperaturas extremadamente bajas pero con fermiones en lugar de bosones.

Supersólido: es el estado de al que llegan los átomos de helio-(4) al estar a temperatura extremadamente bajas. Así, el comportamiento de los átomos está sujeto a la incertidumbre cuántica, por lo que actúan como fluidos y como sólidos a la vez.

Superfluido: es un estado en el que la materia fluye sin ningún tipo de viscosidad, por lo que, encerrada en un circuito, fluiría eternamente. Este estado fue descubierto por Piotr Kapitsa en 1937, Don Misener y John F. Allen.

Materia degenerada: es un estado con alta densidad de materia fermiónica en donde las partículas necesitan ocupar grandes estados de energía cinética para cumplir con el principio de exclusión de Pauli.

Materia fuertemente simétrica: es un estado que, se ha teorizado, se encontraba luego de 10E-36 segundos del Big Bang, durante la “Época de Planck”. Aquí, la densidad energética del universo era tan inmensa que las cuatro fuerzas de la naturaleza (débil, fuerte, gravitacional y electromagnética) se encontraban unidas en una sola.

Materia extraña: también conocida como materia de Quarks, es el estado en el que la presión y la densidad son tantas que los protones y los neutrones se descomponen en quarks.

Superfluido polaritón: es un estado en el que materia es sólida pero posee varias partículas de energía (polaritones).

Materia fotónica: es un estado en donde los fotones (partículas de la luz) se comportan como si tuvieran masa.

Líquido de spin cuántico: es un estado “líquido” posible a partir de un sistema de interacción de espines cuánticos.

¿Cuáles son los cambios de estado?

Las sustancias pueden cambiar su estado a partir de determinada presión y temperatura de la siguiente forma:

Así, los cambios de un estado a otro se conocen como:

Condensación: también conocido como licuación, es el cambio del estado gaseoso al estado líquido.

Cristalización: también conocida como deposición o sublimación inversa, es el cambio del estado gaseoso al sólido, sin pasar por líquido.

Desionización: es el cambio del estado plasma al estado gaseoso.

Fusión: también conocida como derretimiento, es el cambio del estado sólido al líquido. La temperatura en la que esto ocurre en determinada sustancia se conoce como punto de fusión, que para el agua es de 0°C.

Ionización: es el cambio del estado gaseoso al plasma.

Solidificación: es el cambio del estado líquido al sólido. La temperatura en la que esto ocurre en determinada sustancia se conoce como punto de congelación, que para el agua es el mismo que el de fusión: 0°C.

Sublimación: es el cambio del estado sólido al gaseoso.

Vaporización: también conocido como ebullición, es el cambio del estado líquido al gaseoso. La temperatura en la que esto ocurre en determinada sustancia se conoce como su punto de ebullición, que para el agua es de 100°C.