ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA  
 

Habitualmente distinguimos entre los estados sólido, líquido y gaseoso. Cuando una sustancia pasa de uno a otro, las partículas materiales de las que está formada pueden juntarse o separarse, dando lugar a estructuras ordenadas (sólidos) o desordenadas (gases) sin que cambie su naturaleza.

Los cambios de estado más habituales son:

FUSIÓN: PASO DE SÓLIDO A LÍQUIDO

VAPORIZACIÓN: PASO DE LÍQUIDO A GAS. PUEDE OCURRIR POR EVAPORACIÓN A CUALQUIER TEMPERATURA O POR EBULLICIÓN A LA TEMPERATURA DE EBULLICIÓN

CONDENSACIÓN: PASO DE GAS A LÍQUIDO

SOLIDIFICACION: PASO DE LÍQUIDO A SÓLIDO

En los sólidos y los líquidos las partículas están muy próximas, sin embargo en los gases las partículas están muy separadas. Eso explica que los líquidos y los sólidos sean incompresibles y los gases, sin embargo, compresibles. Si comprimimos un gas sus partículas podrán aproximarse ya que entre ellas hay mucho espacio vacío. Eso no ocurre en sólidos y líquidos.

En la siguiente simulación del CNICE podrá comprobarlo.

INDICE

- Materia y masa

-Densidad

- Estados de agregación de la materia

-Clasificación de la materia: sustancias puras y mezclas

- Métodos de separación de mezclas

- ¿Qué es un elemento químico (versión Lavoisier)?

 

OXÍGENO SÓLIDO - HIERRO GAS

Aunque pueda sorprenderle, en general todas las sustancias pueden estar en los tres estados de agregación. El oxígeno, considerado como ejemplo de gas, puede licuar y solidificar. Efectivamente, podemos tener hielo de oxígeno y romperlo de un golpe como se hace con el hielo de agua. De igual modo, el hierro, considerado como ejemplo de sólido, puede licuar o vaporizar si las condiciones ambientales lo permiten.

A continuación tiene una tabla de puntos de fusión y ebullición, en ella podrá comprobar que (a presión 1 atm) el oxígeno es sólido por debajo de -218,6 ºC. Es una temperatura baja pero perfectamente alcanzable. De igual manera podrá comprobar que el oxígeno es un líquido entre -218,6 ºC y -182,8 C. Eso quiere decir que el oxígeno hierve a -182,6 ºC. Quizás le sorprenda que alguna sustancia pueda hervir a una temperatura tan baja. Normalmente asociamos hervir a temperatura elevada, pero eso no es cierto siempre.

El estado de agregación de una sustancia, por tanto, lo imponen las condiciones de presión y temperatura a las que esté sometida. Un ejemplo muy bonito es el caso de Titán, uno de los satélites de Saturno. En él existen mares de metano, incluso se produce lluvia de metano. Para nosotros podría resultar sorprendente porque el metano es un gas en la Tierra. Sin embargo, las condiciones de presión y temperatura en Titán provocan que el metano pueda ser líquido. Ver video.

 

TEMPERATURA Y ENERGÍA EN LOS CAMBIOS DE ESTADO

Un aspecto muy importante que no podemos pasar por alto es qué ocurre con la temperatura durante los cambios de estado. Como podrás ver en la siguiente simulación del CNICE, cuando una sustancia cambia de estado la temperatura no cambia.

Otra cosa diferente son las necesidades energéticas. El paso de sólido a líquido y a gas requiere energía (endotérmico). El paso de gas a líquido y a sólido libera energía (exotérmico). Con esta simulación podrá calcular las necesidades energéticas durante el calentamiento del agua, desde estado sólido a estado gaseoso.

¿Qué consume mayor cantidad de energía: el calentamiento del hielo o del agua líquida, la fusión del hielo o la vaporización del agua?. Evidentemente, las necesidades energéticas guardan relación con las fuerzas que hay que vencer en los cambios de estado. En el paso de sólido a líquido las partículas continúan casi igual de próximas. Sin embargo, en el paso de líquido a gas, las partículas se separan completamente, debiendo superar las intensas fuerzas de atracción intermoleculares.

 

 

 

 

 

 

DIAGRAMAS DE FASES

Un diagrama de fases muestra los estados de agregación de una sustancia en diferentes condiciones de presión y temperatura. Por ejemplo, el siguiente diagrama de fases del agua muestra que a la presión de 1 atm el agua pasa de sólido a líquido a 0 ºC y que pasa de líquido a gas a 100 ºC (línea roja). Sin embargo, si la presión fuera inferior (como ocurre en lo alto de una montaña) el agua fundiría a una temperatura algo mayor que 0 ºC y herviría a una temperatura inferior a 100 ºC. El intervalo de temperaturas en las que existiría el líquido se estrecharía. De hecho, por debajo de una presión de 0,006 atm no existe el agua líquida, el agua sólida pasa directamente a gas (sublimación).

En los cráteres de la Luna que se encuentran en oscuridad permanente (polos) se ha encontrado agua sólida. Dada la inexistencia de atmósfera y una presión casi nula en su superficie, el agua lunar debe pasar directamente a gas, debe sublimar. Posteriormente, las moléculas de agua serían rotas por la radiación que barre la superficie.

El dióxido de carbono sólido (hielo seco) sublima en las condiciones existentes en la superficie terrestre. El dióxido de carbono líquido solo existe por encima de una presión de 5,11 atm.

EL CUARTO ESTADO DE LA MATERIA: PLASMA

El plasma es un estado de la materia que podríamos entender como un gas ionizado, es decir, un gas formado (en parte) por iones procedentes de átomos a causa del trasvase de electrones provocado, por ejemplo, por elevadas temperaturas. Es el estado de la materia más abundante a nivel universal. Las estrellas son bolas de plasma, formadas por las reacciones de fusión que ocurren en su centro.

La presencia de cargas eléctricas en el plasma, hace que se comporte de manera especial ante los campos magnéticos. Eso provoca la formación de arcos y penachos de plasma en torno a las líneas de campo magnético que salen de la superficie de la estrella. Para ver el Sol en tiempo real visitar el enlace de la NASA.

El plasma también puede ser formado por descargas eléctricas. En la Tierra tenemos ejemplos que se forman de manera natural: rayos y auroras boreales, o que se forman de manera artificial: tubos de luz fluorescente, pantallas de televisor de plasma, bolas de plasma, ...

ESTADOS EXÓTICOS DE LA MATERIA

Hoy día distinguimos entre estados de la materia de baja y alta energía. Entre los de baja energía están los clásicos que han sido comentados anteriormente, pero, además, existen otros como la materia fotónica, los fluidos supercríticos, los condensados Bose-Einstein o los condensados fermiónicos. En este video se citan 22 estados diferentes de la materia.

En 2016, el premio Nobel de Física fue dado a David J. Thouless, F. Duncan Haldane, y J. Michael Kosterlitz por sus estudios sobre los estados exóticos de la materia. Estos científicos han estudiado fases extrañas de la materia como superconductores, superfluidos o capas delgadas magnéticas.