Los estados de la materia son formas en las que la materia existe. Los tres estados de la materia que se observan en la vida cotidiana son sólidos, líquidos y gases. También existen otros estados de la materia, aunque requieren condiciones especiales. Aquí hay un vistazo a los estados de la materia, sus propiedades y los nombres de las transiciones de fase entre ellos.
La materia es cualquier cosa que tenga masa y ocupe espacio. Consiste en partículas subatómicas, átomos, iones y compuestos. A veces, estas partículas están estrechamente unidas y muy juntas, mientras que otras veces las partículas están débilmente conectadas y muy separadas. Los estados de la materia describen las cualidades que muestra la materia. Básicamente, el estado de la materia de una sustancia depende de cuánta energía tengan sus partículas.
Podemos cambiar la energía de la materia alterando su temperatura o presión, haciendo que la materia pase de un estado a otro. Pero, cuando la materia cambia de estado, su identidad sigue siendo la misma. Entonces, si toma hielo, lo derrite y luego lo hierve, su estado de materia cambia, pero siempre es agua.
Los cuatro estados fundamentales de la materia son sólidos, líquidos, gases y plasma. Pero los científicos están descubriendo nuevos estados de la materia que existen en condiciones extremas.
Un sólido es un estado de la materia con una forma y un volumen definidos. Los átomos, iones y moléculas en un paquete sólido están muy juntos y pueden formar cristales. Los ejemplos de sólidos incluyen rocas, hielo, diamantes y madera.
Un líquido es un estado de la materia con un volumen definido, pero sin una forma definida. En otras palabras, los líquidos toman la forma de su recipiente. Las partículas en un líquido tienen más energía que en un sólido, por lo que están más separadas y menos organizadas (más aleatorias). Los ejemplos de líquidos incluyen agua, jugo y aceite vegetal.
Un gas es un estado de la materia que carece de un volumen definido o de una forma definida. Como un líquido, un gas toma la forma de un recipiente. A diferencia de un líquido, un gas se expande o contrae fácilmente para llenar todo el volumen del recipiente. Las partículas de un gas tienen más energía que las de los sólidos o líquidos. Tienden a estar más separados y al azar que en un líquido. Los ejemplos de gases incluyen aire, vapor de agua y helio.
El plasma es un estado de la materia similar a un gas, excepto que todas las partículas tienen carga eléctrica. Además, el plasma tiende a existir a muy baja presión, por lo que las partículas están aún más separadas que en un gas. El plasma puede estar formado por iones, electrones o protones. Los ejemplos de plasma incluyen rayos, la aurora, el sol y el interior de un letrero de neón.
El condensado de Bose-Einstein (BEC) a veces se denomina el quinto estado de la materia. En el condensado de Bose-Einstein, los átomos y los iones dejan de comportarse como partículas separadas y colapsan en un solo estado cuántico que se puede describir usando una sola función de onda. Este estado de la materia fue verificado experimentalmente en 1995 por Eric Cornell y Carl Wieman. El condensado de Bose-Einstein es «más frío» que un sólido ordinario y puede formar muy cerca del cero absoluto.
Un superfluido es un segundo estado líquido formado por algunos tipos de materia. Un superfluido presenta viscosidad cero. Se observó superfluidez para el helio en 1937. Debido a que podía fluir sin fricción, el helio superfluido trepó por las paredes de su contenedor y goteó por los lados. Como el condensado de Bose-Einstein, la superfluidez ocurre cerca del cero absoluto.
Un condensado fermiónico es un estado de la materia similar al condensado de Bose-Einstein, excepto que consta de fermiones, como quarks y leptones. Normalmente, el principio de exclusión de Pauli prohíbe que los fermiones entren en el mismo estado cuántico. En un condensado fermiónico, un par de fermiones se comporta como un bosón, lo que permite que varios pares entren en el mismo estado cuántico.
La materia de Rydberg es un tipo de plasma que se forma cuando los iones excitados se condensan.
La materia fotónica es el estado de la materia que se forma cuando los fotones interactúan con un gas de tal manera que los fotones tienen una masa aparente y pueden interactuar entre sí. Los fotones con masa aparente pueden incluso formar «moléculas» fotónicas.
El condensado de vidrio de color es un estado de la materia que se propone existir cuando los núcleos atómicos viajan cerca de la velocidad del líquido. Debido a su velocidad, el núcleo parece comprimido a lo largo de su dirección de movimiento. Esto hace que los gluones del núcleo aparezcan como una especie de pared o región de mayor densidad.
Hay otros estados propuestos de la materia, que incluyen materia de quarks, materia degenerada, dropleton, estado cuántico de Hall, supervidrio, supersólido y líquido de red de cuerdas.
Los cambios de temperatura y presión hacen que la materia cambie de un estado a otro. Este cambio se denomina transición de fase o cambio de fase. Ejemplos de transiciones de fase que incluyen la fusión del hielo (un sólido) en agua (un líquido) y la ebullición del agua en vapor de agua (un gas). Estos son los nombres de las transiciones de fase entre sólidos, líquidos, gases y plasma:
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