La materia y sus estados.

Antes de estudiar los estados de la materia debemos poder responder la siguiente pregunta:  ¿Qué es la materia? 

Materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. La materia está formada, como sabemos, por partículas muy pequeñas.

    La intensidad de las fuerzas de cohesión entre las partículas que constituyen un sistema material (porción de materia que pueda delimitarse y ser estudiada en forma individual) determina su estado de agregación. Cuando un sistema material cambia de estado de agregación, la masa permanece constante, pero el volumen cambia. Modificando sus condiciones de temperatura o presión, pueden obtenerse distintos estados o fases.

    Seguramente ya habías escuchado sobre los tres estados (o formas de agregación) de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Sin embargo, existe un cuarto estado denominado plasma y un quinto estado, el Condensado de Bose-Einstein.

    Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, solo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua.

    La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso:

Veamos ahora los estados en forma más detallada:

Estado sólido:

    En los sólidos, las partículas están unidas por fuerzas de atracción muy grandes, por lo que se mantienen fijas en su lugar; solo vibran unas al lado de otras.

Propiedades:

- Tienen forma y volumen constantes.

- Se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras.

- No se pueden comprimir, pues no es posible reducir su volumen presionándolos.

- Se dilatan: aumentan su volumen cuando se calientan, y se contraen: disminuyen su volumen cuando se enfrían.

Estado líquido:     

    Las partículas están unidas, pero las fuerzas de atracción son más débiles que en los sólidos, de modo que las partículas se mueven y chocan entre sí, vibrando y deslizándose unas sobre otras.

Propiedades:

- No tienen forma fija pero sí volumen.

- La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos.

- Los líquidos adoptan la forma del recipiente que los contiene.

- Fluyen o se escurren con mucha facilidad si no están contenidos en un recipiente; por eso, al igual que a los gases, se los denomina fluidos.

- Se dilatan y contraen como los sólidos.

Estado gaseoso:

    En los gases, las fuerzas de atracción son casi inexistentes, por lo que las partículas están muy separadas unas de otras y se mueven rápidamente y en cualquier dirección, trasladándose incluso a largas distancias.

Propiedades:

- No tienen forma ni volumen fijos.

- En ellos es muy característica la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión.

- El gas adopta el tamaño y la forma del lugar que ocupa.

- Ocupa todo el espacio dentro del recipiente que lo contiene.

- Se pueden comprimir con facilidad, reduciendo su volumen.

- Se difunden y tienden a mezclarse con otras sustancias gaseosas, líquidas e, incluso, sólidas.

- Se dilatan y contraen como los sólidos y líquidos.

Plasma:

     Existe un cuarto estado de la materia llamado plasma, que se forman bajo temperaturas y presiones extremadamente altas, haciendo que los impactos entre los electrones sean muy violentos, separándose del núcleo y dejando sólo átomos dispersos.

El plasma, es así, una mezcla de núcleos positivos y electrones libres, que tiene la capacidad de conducir electricidad.

Un ejemplo de plasma presente en nuestro universo es el sol.

 

Estado Condensado de Bose-Einstein:

    Representan un quinto estado de la materia visto por primera vez en 1955. El estado lleva el nombre de Satyendra Nath Bose y Albert Einstein, quien predijo su existencia hacia 1920. Los condensados B-E son superfluídos gaseosos enfriados a temperaturas muy cercanas al cero absoluto (-273 ° C o −459,67 °F).

    En este estado, todos los átomos de los condensados alcanzan el mismo estado mecánico-quantum y pueden fluir sin tener ninguna fricción entre sí. La propiedad que lo caracteriza es que una cantidad macroscópica de las partículas del material pasan al nivel de mínima energía, denominado estado fundamental.

    Para hacernos una idea de lo que sería un objeto cotidiano estando en estado de Bose-Einstein, proponemos imaginar que varias personas estuvieran sentadas en la misma silla, no una sentada sobre otra, sino literalmente todas sentadas en la misma silla, ocupando el mismo espacio en el mismo momento.

 

Manos a la obra:

Veamos los tres estados de la materia más comunes en este experimento:

a- Tomen tres globos iguales:

    – Llenen los globos 1 y 2 con igual cantidad de agua.

    – Coloquen el globo 2 en el congelador o freezer.

    – Inflen el globo 3 a igual tamaño que el 1 pero con aire.

Comparen las propiedades de las tres sustancias en diferentes estados de agregación. Tomen fotos con las cámaras de sus equipos portátiles.

Corten las partes superiores de los tres globos y viertan el líquido del globo 1 en un vaso. Luego, cambien el líquido a diferentes recipientes (puede ser material volumétrico del laboratorio). Midan el volumen de líquido.

Despeguen el globo 2 del sólido y colóquenlo sobre una bandeja. Esperen a que se derrita y comparen el volumen de líquido obtenido con el del globo 1.

Dejen escapar el gas del globo 3 y observen su comportamiento. Al realizar esta operación, tomen fotos con las cámaras de sus equipos portátiles.

Reúnan todas las observaciones en forma de tabla e incorporen las fotografías tomadas en cada caso. Agreguen una columna para incluir una explicación sencilla de los fenómenos observados.

b- Realicen una búsqueda de materiales de la vida cotidiana que se encuentren en los tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso.

 Ordenen la información encontrada para cada estado de agregación en una tabla. Incluyan fotografías o dibujos.

c- Completa el cuadro con las siguientes definiciones según corresponda:

• Volumen variable
• Forma fija
• Volumen fijo
• Forma variable
• Volumen fijo
• Forma variable