Las
partículas en un sólido se empaquetan juntas para que no puedan moverse mucho. Tienen muy baja energía cinética. Los
electrones de cada átomo están en movimiento, por lo que los átomos tienen una
pequeña vibración, pero están fijos en su posición. Se caracterizan por tener
forma definida y no se ajustan a la forma del recpiente en el que se colocan. Tienen
un volumen definido. Las partículas de un sólido ya están tan juntas que la
presión creciente no comprimirá el sólido a un volumen más pequeño.
Sólidos cristalinos
Los
sólidos cristalinos, se consideran como "sólidos verdaderos", ejemplo
los minerales (sal común (NaCl)).
En
sólidos cristalinos, los átomos, iones o moléculas están dispuestos en un patrón ordenadoordenado y simétrico que se
repite en todo el cristal. La estructura repetitiva más pequeña de un sólido se
llama celda unitaria. Estas se
combinan para formar una red llamada red
cristalina. Hay 14 tipos de redes, llamadas retículas Bravais (llamadas así
por Auguste Bravais, un físico francés del siglo XIX), y se clasifican en siete
sistemas cristalinos basados en la disposición de los átomos. La Universidad de
California, enumera estos sistemas como cúbicos, hexagonales, tetragonales,
romboédricos, ortorrómbicos, monoclínicos y triclínicos.
Propiedades características:
-
Son incompresibles, es decir, que no se pueden comprimir en formas
más pequeñas.
-
Tienen la misma resistencia, debido
a la estructura geométrica. Un sólido
cristalino tendrá un punto de fusión distinto, porque la aplicación de calor
romperá todos los enlaces al mismo tiempo.
-
Los sólidos cristalinos también exhiben anisotropía.
Significa que las propiedades como el índice de refracción, la conductividad, y
la resistencia a la tracción (la fuerza requerida para romperla) variarán
dependiendo de la dirección desde la cual una fuerza está aplicado.
-
Los sólidos cristalinos también muestran escisión;
cuando se rompen, las piezas tendrán superficies planas o bordes rectos.
Sólidos
amorfos
-
En los sólidos amorfos (sólidos sin forma), las partículas no tienen un patrón
reticular repetitivo.
-
También se les llama "pseudo sólidos"
-
Ejemplos de sólidos amorfos incluyen vidrio, caucho, geles y la mayoría de los
plásticos.
-
Un sólido amorfo no tiene un punto de fusión definido; en cambio, se derrite
gradualmente en un rango de temperaturas, porque los enlaces no se rompen todos
a la vez. Esto significa que un sólido amorfo se fundirá en un estado suave y
maleable (ejemplo: cera para velas o vidrio fundido) antes de convertirse
completamente en un líquido.
-
Los sólidos amorfos no
tienen
simetría característica, por lo que no tienen
planos regulares de escisión cuando se cortan; los bordes pueden ser curvos. Se
llaman isotrópicos porque las
propiedades tales como el índice de refracción, la conductividad y la
resistencia a la tracción son iguales independientemente de la dirección en la
que se aplica una fuerza.
LÍQUIDO
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| Figura # 2 Estado de la materia: Líquida |
En el estado líquido (Fig # 2), las partículas de una sustancia tienen más energía cinética que las de un sólido.
- Las partículas líquidas no se mantienen en una disposición
regular, pero todavía están muy cerca unas de otras.
- Los líquidos tienen un volumen definido.
- Los líquidos, al igual que los sólidos,
no se pueden comprimir.
-
Las partículas de un líquido tienen suficiente espacio para fluir una alrededor
de la otra, por lo que los líquidos tienen una forma indefinida.
-
Un líquido cambiará de forma para ajustarse a su contenedor. La fuerza se
distribuye uniformemente en todo el líquido, por lo que cuando un objeto se
coloca en un líquido, las partículas líquidas son desplazadas por el objeto.
-
La magnitud de la fuerza de flotación hacia arriba es igual al peso del fluido
desplazado por el objeto. Cuando la fuerza de flotación sea igual a la fuerza
de la gravedad que tira hacia abajo sobre la masa del objeto, el objeto
flotará. (Principio de flotación de Arquímedes).
-
Las partículas de un líquido tienden a estar retenidas por una atracción intermolecular débil en lugar
de moverse libremente como lo harán las partículas de un gas. Esta fuerza de cohesión
junta las partículas para formar gotas o corrientes.
NOTA DE ACTUALIDAD
En
abril de 2016, científicos informaron que habían creado un extraño estado de la
materia, uno que se había predicho que existiría pero nunca visto en la vida
real. Este tipo de materia podría sostenerse en la mano como si fuera un
sólido, un acercamiento al material revelaría las interacciones desordenadas de
sus electrones, más características de un líquido. En la nueva materia, llamada
líquido de giro cuántico Kitaev, los
electrones entran en una especie de danza cuántica en la que interactúan entre
sí. Por lo general, cuando la materia se enfría,
el giro de sus electrones tiende a alinearse.
Pero en este líquido de giro cuántico, los electrones interactúan de modo que
afectan la forma en que los otros giran y nunca se alinean, sin importar qué
tan frío se ponga el material. El material se comportaría como si sus
electrones, considerados indivisibles, se hubieran roto (Nature Materials,
2016)
-
Las partículas de gas tienen una gran cantidad de espacio entre ellas y tienen
una alta energía cinética (Fig. # 3)
-
Si no están confinados, las partículas de un gas se dispersarán indefinidamente
-
Si están confinado, el gas se expandirá para llenar su contenedor
-
Cuando un gas se pone bajo presión reduciendo el volumen del contenedor, el
espacio entre las partículas se reduce y la presión ejercida por sus colisiones
aumenta.
-
Si el volumen del contenedor se mantiene constante, pero la temperatura del gas
aumenta, la presión también aumentará.
-
Las partículas de gas tienen suficiente energía cinética para superar las
fuerzas intermoleculares que mantienen unidos los sólidos y los líquidos, por
lo que un gas no tiene un volumen definido y no tiene una forma definida.
PLASMA
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| Figura # 4 Estado de la materia: Plasma |
-
El plasma no es un estado común de la
materia aquí en la Tierra, pero puede ser el estado de la materia más común
en el universo.
-
El plasma consiste en partículas altamente cargadas con energía cinética
extremadamente alta. Los gases nobles (helio, neón, argón, criptón, xenón y
radón) a menudo se usan para hacer señales brillantes usando electricidad para
ionizarlos al estado de plasma. Las estrellas son esencialmente bolas de plasma
supercalentadas.
CONDENSADOS DE
BOSE-EINSTEIN
-
En 1995, con los avances tecnológicos, los científicos pudieon crear un nuevo
estado de la materia, el -condensado
Bose-Einstein (BEC).
-
Utilizando una combinación de láseres e imanes, los científicos Eric Cornell y
Carl Weiman enfriaron una muestra de rubidio dentro de unos pocos grados de
cero absoluto. A esta temperatura extremadamente baja, el movimiento molecular
está muy cerca de detenerse por completo. Como casi no se transfiere energía
cinética de un átomo a otro, los átomos comienzan a agruparse. Ya no hay miles
de átomos separados, solo un "súper átomo".
-
Un BEC se usa para estudiar la mecánica cuántica a un nivel macroscópico. La
luz parece ralentizarse a medida que pasa a través de un BEC, permitiendo el
estudio de la paradoja de la partícula / onda.
-
Un BEC también tiene muchas de las propiedades de un superfluido, que fluye sin
fricción.
-
Los BEC también se utilizan para simular las condiciones que pueden aplicarse
en los agujeros negros.
CAMBIO
DE ESTADO
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| Figura # 5 Esquema de los cambios del estado de materia |
Agregar
energía a la materia causa un cambio físico (Fig #5): la materia se mueve de un estado a
otro.
Ejemplo:
-
Agregar energía térmica (calor) al agua líquida hace que se convierta en vapor
o vapor, un gas.
-
Quitar energía también causa cambios físicos, como cuando el agua líquida se
convierte en hielo, un sólido, cuando se elimina el calor.
- El cambio físico también puede ser
causado por el movimiento y la presión.
Punto
de Fusión
- Aplicar calor a un sólido, sus partículas
comienzan a vibrar más rápido y tienden a separarse más.
-
Cuando la sustancia, a la presión estándar, alcanza un cierto punto, llamado
punto de fusión, el sólido comenzará a convertirse en líquido.
-
El punto de fusión de una sustancia pura a menudo se puede determinar dentro de
0.1 grados Celsius, el punto en el cual las fases sólida y líquida están en
equilibrio.
Si
continúa aplicando calor a la muestra, la temperatura no aumentará por encima
del punto de fusión hasta que toda la muestra haya sido licuada. La energía
térmica se usa para convertir el sólido en la forma líquida. Una vez que toda
la muestra se haya convertido en líquido, la temperatura comenzará a aumentar
nuevamente. Los compuestos que de lo contrario son muy similares pueden tener
diferentes puntos de fusión, por lo que el punto de fusión puede ser una forma
útil de distinguirlos.
-
Ejemplo:
-
La sacarosa tiene un punto de fusión de 367 F (186,1 oC) mientras
que el punto de fusión de la glucosa es 294,8 F (146 oC).
-
Una mezcla sólida, como una aleación de metal, a menudo se puede separar en sus
partes constituyentes calentando la mezcla y extrayendo los líquidos a medida
que alcanzan sus diferentes puntos de fusión.
Punto
de Congelación
-
Temperatura a la cual una sustancia líquida se enfría lo suficiente para formar
un sólido.
-
A medida que el líquido se enfría, el movimiento de la partícula se ralentiza.
En muchas sustancias, las partículas se alinean en patrones geométricos
precisos para formar sólidos cristalinos.
-
La mayoría de los líquidos se contraen mientras se congelan.
-
Una de las características importantes del agua es que se expande cuando se
congela, por lo que el hielo flota. Si el hielo no flota, no habría agua
líquida debajo de un cuerpo de agua congelado y muchas formas de vida acuática
serían imposibles.
Sublimación
-
Un sólido se convierte directamente en un gas sin pasar por una fase líquida
-
La sublimación ocurre cuando la energía cinética de las partículas es mayor que
la presión atmosférica que rodea la muestra. Esto puede ocurrir cuando la
temperatura de la muestra aumenta rápidamente más allá del punto de ebullición
(vaporización instantánea).
-
Comúnmente, una sustancia puede ser "liofilizada" al enfriarla bajo
condiciones de vacío de modo que el agua en la sustancia se someta a
sublimación y se elimine de la muestra. Algunas sustancias volátiles
experimentarán sublimación a temperatura y presión normales. La mejor conocida
de estas sustancias es el CO2 o "hielo seco".
Vaporización
- Conversión de un líquido en un gas. Puede
ocurrir por evaporación o ebullición.
-
Debido a que las partículas de un líquido están en constante movimiento, con
frecuencia colisionan entre sí, transfiriendo energía cuando lo hacen. Esta
transferencia de energía tiene poco efecto neto debajo de la superficie, pero
cuando se transfiere suficiente energía a una partícula cerca de la superficie;
puede ganar la energía suficiente para ser eliminado por completo de la muestra
como una partícula de gas libre. Este proceso se llama evaporación y continúa
mientras permanezca líquido. Es interesante observar que un líquido se enfría a
medida que se evapora. La energía transferida a las moléculas de la superficie,
que causa su escape, se aleja de la muestra líquida restante.
Bagley, Mary. 2016.
Matter: Definition & the Five States of Matte. Live Science Contributor. Apil 14.
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