Los tres estados de la materia

Los tres estados de la materia

6 estados de la materia

Los tres estados de la materia son las tres formas físicas distintas que puede adoptar la materia en la mayoría de los entornos: sólido, líquido y gas. En entornos extremos, puede haber otros estados, como el plasma, los condensados de Bose-Einstein y las estrellas de neutrones. También se cree que son posibles otros estados, como los plasmas de quark-gluones. Gran parte de la materia atómica del universo es plasma caliente en forma de medio interestelar enrarecido y estrellas densas.

Históricamente, los estados de la materia se distinguían en función de las diferencias cualitativas de sus propiedades en masa. El sólido es el estado en el que la materia mantiene un volumen y una forma fijos; el líquido es el estado en el que la materia se adapta a la forma de su contenedor pero varía sólo ligeramente su volumen; y el gas es el estado en el que la materia se expande para ocupar el volumen y la forma de su contenedor. Cada uno de estos tres estados clásicos de la materia puede pasar directamente a cualquiera de los otros dos estados clásicos.

Estado gaseoso de la materia

Durante muchos siglos se consideró que sólo había tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso (los tres que están presentes y son estables en nuestro mundo). Y el agua es la sustancia que mejor los representa, porque es la única que existe de forma natural en los tres estados.

Pero el desarrollo de nuevas tecnologías capaces de producir condiciones cada vez más extremas y energéticas en los laboratorios ha hecho que en los últimos años se hayan descubierto otros cinco estados (más un último candidato que acaba de aparecer en 2018).

El estado de plasma es aquel en el que se encuentran los gases contenidos en el interior de las luces de neón, los tubos fluorescentes y, por supuesto, los televisores de pantalla de plasma. También es el estado que caracteriza a las auroras boreales y a los rayos. De hecho, se estima que el 99% de la materia del universo observable es plasma.

El plasma es un gas ionizado a alta temperatura. Está formado por cationes (moléculas o átomos con carga positiva) y electrones libres (con carga negativa), entre los que existen importantes fuerzas electrostáticas. Aunque en su conjunto la carga eléctrica total es nula, en su interior las partículas tienen carga. Esto significa que, a diferencia de los gases, los plasmas son conductores de la electricidad y pueden ser confinados dentro de campos magnéticos.

Cuántos estados de la materia

Las tres fases (o estados) comunes de la materia son los gases, los líquidos y los sólidos. Los gases tienen la menor densidad de los tres, son altamente compresibles y llenan completamente cualquier recipiente en el que se coloquen. Los gases se comportan así porque sus fuerzas intermoleculares son relativamente débiles, por lo que sus moléculas se mueven constantemente con independencia de las demás moléculas presentes. Los sólidos, por el contrario, son relativamente densos, rígidos e incompresibles porque sus fuerzas intermoleculares son tan fuertes que las moléculas están esencialmente bloqueadas en su lugar. Los líquidos son relativamente densos e incompresibles, como los sólidos, pero fluyen fácilmente para adaptarse a la forma de sus recipientes, como los gases. Por tanto, podemos concluir que la suma de las fuerzas intermoleculares en los líquidos está entre las de los gases y las de los sólidos. La figura \(\PageIndex{1}) compara los tres estados de la materia e ilustra las diferencias a nivel molecular.

Figura \N(\PageIndex{1}): Una sustancia diatómica (O2) en los estados sólido, líquido y gaseoso: (a) El O2 sólido tiene un volumen y una forma fijos, y las moléculas están muy juntas. (b) El O2 líquido se ajusta a la forma de su recipiente pero tiene un volumen fijo; contiene moléculas relativamente densas. (c) El O2 gaseoso llena completamente su recipiente -independientemente del tamaño o la forma del mismo- y está formado por moléculas muy separadas.

Nada más importa

Los cuatro estados comunes de la materia. En el sentido de las agujas del reloj, desde la parte superior izquierda, son el sólido, el líquido, el plasma y el gas, representados por una escultura de hielo, una gota de agua, el arco eléctrico de una bobina de Tesla y el aire que rodea a las nubes, respectivamente.

Históricamente, la distinción se basa en las diferencias cualitativas de las propiedades. La materia en estado sólido mantiene un volumen y una forma fijos, con las partículas que la componen (átomos, moléculas o iones) muy juntas y fijas en su lugar. La materia en estado líquido mantiene un volumen fijo, pero tiene una forma variable que se adapta a su contenedor. Sus partículas siguen estando juntas, pero se mueven libremente. La materia en estado gaseoso tiene tanto un volumen como una forma variable, adaptándose a su contenedor. Sus partículas no están juntas ni fijas. La materia en estado de plasma tiene volumen y forma variables, y contiene átomos neutros, así como un número significativo de iones y electrones, que pueden moverse libremente.

En un sólido, las partículas que lo componen (iones, átomos o moléculas) están muy juntas. Las fuerzas entre las partículas son tan fuertes que éstas no pueden moverse libremente, sino que sólo pueden vibrar. Por ello, un sólido tiene una forma estable y definida y un volumen determinado. Los sólidos sólo pueden cambiar su forma por una fuerza exterior, como cuando se rompen o se cortan.

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