Estados de la materia
Las sustancias pueden presentarse en distintos estados según cómo se organizan sus partículas, que a su vez dependen de temperatura y presión.
Los tres estados clásicos
Sólido
- Forma y volumen definidos.
- Partículas vibran en posiciones fijas.
- Alta densidad.
- No fluyen.
- Fuerzas intermoleculares muy fuertes.
Tipos:
- Cristalino: estructura ordenada (NaCl, diamante, hielo).
- Amorfo: sin orden de largo alcance (vidrio, goma, muchos plásticos).
Líquido
- Volumen definido, forma del recipiente.
- Partículas pueden desplazarse pero están en contacto.
- Densidad intermedia.
- Fluyen y toman la forma del recipiente.
- Tensión superficial, viscosidad.
Gas
- Sin forma ni volumen definidos — ocupa todo el recipiente.
- Partículas con alta energía cinética, muy separadas.
- Baja densidad.
- Compresible.
- Mezcla homogéneamente con otros gases (difusión).
Estados adicionales
Plasma
- Gas ionizado: electrones separados de los núcleos.
- Conduce electricidad, responde a campos magnéticos.
- “Cuarto estado de la materia”.
- 99 % del universo visible (estrellas, nebulosas) es plasma.
- En la Tierra: rayos, auroras, fluorescentes, paneles de plasma, soldadura.
Condensado de Bose-Einstein (BEC)
- Predicho por Einstein y Bose (1924-25).
- Logrado en laboratorio (1995) a T ≈ 170 nK.
- Átomos en el mismo estado cuántico → se comportan como una sola “superpartícula”.
- Fenómenos como superfluidez (viscosidad cero).
Condensado fermiónico
Versión para partículas fermiónicas (2003).
Superfluidos
Líquidos sin viscosidad a muy baja T. Helio-4 por debajo de 2,17 K.
Superconductores
Conducen sin resistencia eléctrica a baja T. Algunos materiales a temperaturas más altas (cupratos, pnictidas).
Vidrio (estado vítreo)
A veces considerado estado propio: sólido amorfo con propiedades intermedias entre sólido y líquido.
Cambios de estado
Ver Cambios de estado.
Nombres:
- Sólido → Líquido: fusión.
- Líquido → Sólido: solidificación / congelación.
- Líquido → Gas: vaporización (ebullición, evaporación).
- Gas → Líquido: condensación / licuación.
- Sólido → Gas: sublimación (CO₂ sólido, yodo).
- Gas → Sólido: deposición / sublimación inversa.
- Gas (neutro) → Plasma: ionización.
Diagrama de fases
Muestra en qué estado está una sustancia según presión y temperatura.
Elementos típicos:
- Curvas de equilibrio (sublimación, fusión, vaporización).
- Punto triple: P y T donde coexisten las tres fases (para el agua: 0,01 °C, 611 Pa).
- Punto crítico: por encima, no hay distinción entre líquido y gas → fluido supercrítico (usado en extracción de café, procesado industrial).
Ley de gases
Gases ideales
PV = nRT
- P = presión.
- V = volumen.
- n = moles.
- R = constante (8,314 J/mol·K).
- T = temperatura absoluta (Kelvin).
Modelo simplificado donde las partículas no tienen volumen propio ni interacciones. Válido a bajas presiones y altas temperaturas.
Gases reales
Se desvían del comportamiento ideal a alta presión / baja temperatura. Ecuaciones corregidas (Van der Waals).
Calor y estados
- Calor específico: energía para subir 1 °C a 1 g de una sustancia.
- Calor latente: energía para cambiar de estado sin cambiar T.
- El agua tiene calor específico muy alto (4,18 J/g·K) y calores latentes altos → estabiliza climas.
Propiedades comparativas
| Propiedad | Sólido | Líquido | Gas |
|---|---|---|---|
| Forma | Definida | Adapta | Adapta |
| Volumen | Definido | Definido | Adapta |
| Densidad | Alta | Intermedia | Baja |
| Compresibilidad | Muy baja | Baja | Alta |
| Difusión | Muy lenta | Media | Rápida |
| Energía cinética | Baja | Media | Alta |
Relación con la paleontología y geología
- Hielo (sólido) → agua → vapor controla la habitabilidad.
- Magmas (líquidos ígneos) → rocas ígneas.
- Atmósferas gaseosas evolucionan geológicamente.