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Los estados de la materia

Eduardo Mirón López
@EduardoMironLpz

Cuatro son los estados de la materia que de forma natural se dan en nuestro entorno: sólido, líquido, gas y plasma. En este artículo repasaremos qué características definen a cada uno de estos estados y destacaremos algunas curiosidades de los mismos.

Estados de agregación

El estado sólido se caracteriza por oponer resistencia a cambios de forma y volumen. Se distinguen dos tipos de sólidos: cristalinos y amorfos. Un sólido cristalino es un material homogéneo cuyas partículas presentan un orden interno. La celda unitaria es la porción más simple de la estructura, que repitiéndose en el espacio mediante traslación reproduce todo el cristal. Hay siete sistemas cristalinos y éstos dan lugar a 14 configuraciones básicas, que se denominan redes de Bravais. Cada material cristalino define su celda unitaria según una red de Bravais y seis parámetros de red (a, b, c, ?, ?, ?). Explicado de forma simple, los parámetros de red definen la estructura del cristal, el sistema cristalino define una serie de relaciones entre los parámetros de red y la red de Bravais indica dónde se sitúan las partículas del cristal dentro de la estructura.

Parámetros de red

Un sólido amorfo no tiene una estructura ordenada. Generalmente se debe a que las partículas que lo forman no se pueden apilar bien y/o a que no se han dado las condiciones necesarias para que se forme un cristal. Una característica que diferencia a un sólido amorfo de uno cristalino es la isotropía macroscópica, es decir, a nivel macroscópico las propiedades del material son iguales en todos las direcciones. Esto es debido a que las partículas que lo forma están igual de desordenadas en todas las direcciones. Otra característica es que los sólidos amorfos no tienen punto de fusión definido, sino un intervalo de temperaturas en el que se van volviendo cada vez más plásticos hasta hacerse líquidos.

Un cristal requiere condiciones termodinámicas (temperatura y presión) mantenidas en el tiempo para formarse. Si no se dan, lo que se formará será un sólido amorfo y no un cristal. Un ejemplo es el óxido de Silicio, que puede presentarse tanto cristalino (cuarzo) como amorfo (vidrio).

El líquido es un estado de agregación definido por ser un fluido incompresible. Un fluido se diferencia del estado sólido porque no tiende a recuperar su forma original una vez deformado. Un material incompresible es aquel que sometido a presión varía muy poco su volumen. Una propiedad  derivada de ser un fluido es que las fuerzas internas en un líquido dependen de la velocidad de deformación y no de la deformación en sí, al contrario que en el caso del sólido.

Una propiedad capital de los líquidos es la presión de vapor. Un volumen finito que encierre un líquido a una temperatura conocida contendrá a la vez vapor del mismo material que el líquido, a una presión que se denomina presión de vapor. La idea que encierra esta propiedad se pondrá de manifiesto al hablar de los gases.

Equilibrio líquido-vaporUn gas es también un fluido, pero en este caso compresible. Por tanto el volumen del gas varía cuando a este le aplicamos presión. Así mismo un gas ocupa todo el volumen que le es posible y su densidad cambia con la presión y la temperatura.

Es mejor pensar en líquidos y gases bajo su común denominador que no es otro que el término fluido. Así pues, un volumen finito que encierre un fluido siempre estará completamente ocupado por este, ya que puede darse el caso de que sólo encierre gas o de que guarde gas en equilibrio con líquido. Y aquí es donde se vuelve tan importante la propiedad de presión de vapor. Si a un gas en equilibrio con líquido se le mantiene en un volumen finito, a una temperatura definida y se le cambia la presión, al material no le queda más remedio que variar su distribución entre gas y sólido. Esto permite la licuefacción de los gases, es decir, utilizar la presión para hacerlos líquidos (ocupando así un volumen menor) a una temperatura a la que el material sería gas a presión ambiente. Como se puede intuir, esto es lo que ocurre con el gas natural y otros muchos ejemplos cotidianos.

El plasma es el último de los estados de la materia que se dan de forma natural en nuestro entorno. El plasma es un gas ionizado, por lo que comparte sus características y añade algunas como que sus partículas estén cargadas y que no tengan equilibrio electromagnético. Aunque no lo tengamos en cuenta, el plasma es el estado de agregación más abundante en la naturaleza. Ocurre que es muy energético. La materia tiende a estados de menor energía y por tanto más estables. Ejemplos sencillos de plasma son los rayos de una tormenta o las estrellas como el Sol, aunque un ejemplo más cotidiano es el interior de los tubos fluorescentes.

Plasma

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