ESTADOS DE LA MATERIA

Materia es todo aquello que nos rodea, tiene masa, peso, volumen... y es susceptible de ser medida. Toda la materia esta formada por átomos, la unión de átomos forma moléculas; y estas se unes a través de fuerzas intermoleculares para de esta manera dar a origen a todo cuanto existe. la manera como se agrupan las moléculas para formar sustancias, determina el estado físico de las sustancias 

Los estados de la materia.

Para formar las diferentes sustancias, las moléculas, átomos o iones, experimentan fuerzas de atracción que en adelante llamaremos fuerza de cohesión; y otras que tienden a separar estos componentes a las cuales llamaremos fuerzas de repulsión, y que dependen de la energía cinética de esas partículas.  El equilibrio entre estas fuerzas, 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, conocido como Condensado de Bose-Einstein.

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, el oxígeno y otros componentes de la atmosfera se hallan en estado gaseoso.

Los sólidos: 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.

Las Propiedades de las sustancias en estado sólido son:

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.

Los líquidos: 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: Tienen volumen definido, pero la forma depende del recipiente que lo contenga. La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos. 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.

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

Propiedades: No tienen forma ni volumen definido.  En ellos es muy característica la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión.

Las sustancias en estado gaseoso ocupan 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.  El estado plasma es la forma en la que se presentan los gases contenidos en el interior de las luces de neón, los tubos fluorescentes y, por supuesto, las pantallas de plasma. También es el estado que caracteriza a las auroras boreales, y en las descargas eléctricas durante una tormenta que se conocen como rayos. De hecho, se estima que el 99% de la materia del universo observable es plasma.  Un plasma es un gas ionizado a alta temperatura, formado por cationes (moléculas o átomos con carga positiva) y electrones libres (con carga negativa), entre los que se dan importantes fuerzas electrostáticas. Aunque en su conjunto la carga eléctrica total sea nula, en su interior las partículas tienen carga. Esto hace que, a diferencia de los gases, los plasmas sean conductores de la electricidad y puedan ser confinados en campos magnéticos.

CONDENSADO BOSE-EINSTEIN. En 1924 Satyendra Bose y Albert Einstein predijeron la existencia de un nuevo estado de la materia al aplicar la estadística a la mecánica cuántica. Según ambos físicos, cuando la materia se enfría a temperaturas apenas por encima del cero absoluto, en algunos casos las partículas que la constituyen caen todas al mismo nivel de energía. Esa situación vulnera los principios de la física cuántica: las partículas se vuelven indistinguibles unas de otras y pasan a formar un “superátomo”. Pero no fue hasta 1995 que Cornell, Wieman y Ketterle consiguieron producir un condensado de Bose-Einstein gracias al empleo de los nuevos y más potentes láseres y electroimanes. Desde entonces, se ha comprobado que este estado se caracteriza por presentar superfluidez y superconductividad. Y también porque es capaz de ralentizar la velocidad de la luz, que lo atraviesa hasta velocidades de apenas unos metros por segundo. En 2018 un laboratorio denominado Cold Atom Lab en la Estación Espacial Internacional, logró producir condensados ​​de Bose-Einstein, como gas de bosones utilizado átomos de rubidio.

Otros estados de agregación de la materia. 

PLASMA DE QUARK-GLUONES (QGP). Es el estado en el que (se asume) se encontraba toda la materia del universo justo una millonésima de segundo después del Big Bang y justo antes de comenzar a enfriarse y cambiar a otros estados menos energéticos. En ese instante —caracterizado por una temperatura y energía extremas—, toda la materia se encontraría como una densa sopa de partículas fundamentales: quarks y gluones, desplazándose a velocidades próximas a las de la luz. Así, las fuerzas atractivas entre ellos son tan débiles que permiten a unos y a otros mantener su individualidad y desplazarse libremente. Las primeras evidencias de la existencia del estado QGP se alcanzaron en 2003 y fueron confirmadas en 2005 en los aceleradores del CERN. Allí se constató que el Plasma de quark-gluones no se comportaba como un gas ideal (tal y como se presumía) sino más bien como un superfluido, con una viscosidad mínima. Hasta el momento, el QGP solo se obtiene en instalaciones muy concretas y durante un tiempo muy limitado, y aún se están estudiando sus aplicaciones.

HIELO SUPERIÓNICO. El agua como principio y fin. El agua es la única sustancia presente en la naturaleza en los tres estados clásicos. Y es también la sustancia en la que se ha descubierto, a principios de 2018, una nueva forma o estado de ordenación: el hielo superiónico. Para ello se sometieron cristales de hielo a una presión 2 millones de veces superior a la presión atmosférica y a una temperatura cercana a los 5.000 ºC. Esa enorme presión fuerza al hielo a adoptar un empaquetamiento muy compacto. Pero, al mismo tiempo, la elevada temperatura derrite los enlaces de la molécula de agua. El resultado es que en el hielo superiónico conviven dos fases: una líquida y una sólida. Los átomos de oxígeno adoptan una estructura cristalina, a través de la cual fluyen núcleos de hidrógeno. Se cree que el hielo superiónico puede existir en grandes cantidades en planetas gigantes gaseosos y helados como Urano o Neptuno, en cuyo interior sí se dan las condiciones apropiadas para su formación. De confirmarse que otras sustancias sometidas a condiciones similares también adoptan esta ordenación, estaríamos ante un nuevo estado de la materia.

LÍQUIDO CUÁNTICO DE ESPINES

El físico y ganador del Nobel Philip Warren Anderson fue el primero en predecir la existencia del líquido cuántico de espines en la década de 1970. Pero no fue hasta 2016 que se demostró su existencia real. Lo curioso es que, bajo determinadas condiciones de presión y temperatura, algunos minerales presentan regiones en este estado. Entre ellos, la herbertsmithita o anarakita. En la mayoría de los materiales (y en los estados de la materia) los espines de los electrones se alinean entre sí. Sin embargo, en el estado líquido cuántico de espines, los espines de los electrones nunca llegan a alinearse, sino que se mantienen en una constante fluctuación incluso a temperaturas cercanas al cero absoluto, mientras que en los restantes estados de la materia, el espín se congela a esa temperatura.  El estado líquido cuántico de espines le confiere a la materia unas características magnéticas singulares, cuya aplicación se está investigando.

ESTADO DEGENERADO. Bajo presiones extremas, como las que se dan en el núcleo de algunas estrellas, las partículas son comprimidas en un espacio mínimo. Dado que dos partículas no pueden ocupar el mismo espacio en el mismo momento, esto provoca que los átomos degeneren y pierdan su estructura: los electrones se salen de sus órbitas y comienzan a moverse a velocidades cada vez más cercanas a la de la luz, para ejercer una fuerza expansiva que compense la presión externa. Si ésta sigue aumentando y supera el denominado límite de Chandrasekar, entonces la presión externa se hace insostenible y los núcleos atómicos también degeneran, pierden su estructura, colapsando en una acumulación de neutrones y protones.

 

 ACTIVIDADES QUE PUEDES REALIZAR Y PRESENTAR COMO APA

Esta actividades son opcionales, si las realizas, guarda las evidencias como fotografía y/o videos (no tan extensos) y puedes presentar en caso de necesitar redimir logros no alcanzados.

Primera actividad: Mi producción de helados. 

En estos días calurosos has hecho helados. 

Lave cuidadosamente la fruta, coloque en la licuadora agregue agua y azúcar al gusto.

Una vez licuado pase la mezcla por el colador, coloque en copas o moldes preferiblemente metálicos y lleve esto al refrigerador. En unos 30 minutos tienes unos ricos helados para compartir en familia. 

¿Por qué no se debe llenar los moldes hasta el borde? 

Realice las observaciones, elabore los gráficos o fotografía que sustente su explicación (hipótesis).

A condiciones ambientales de presión y temperatura, sustancias como el oxigeno y el amoniaco, se presentan en estado físico gaseoso. Completa la tabla (símbolo o formula química) de sustancias que a estas CAPT  se presentan como gases.

Elemento		Compuesto
Nitrógeno	N2	Metano
Hidrogeno		Dióxido de carbono
Oxigeno		Amoniaco
Ozono		Dióxido de azufre
Cloro		Cianuro de hidrogeno

Segunda actividad: Sabias que existen mezclas que no son ni sólidas ni líquidas, sino que su estado depende de la presión y temperatura a la que son sometidos.  Se denominan fluidos no Newtonianos.

materiales: fécula de maíz (maicena) y una cantidad de agua.

Agrega el agua a la harina, hasta alcanzar una consistencia de pasta dental, observa que sucede si aplicamos presión a esta mezcla. Coloca un poco de esta mezcla en una carpeta plástica y analiza el comportamiento en términos de viscosidad, resistencia a la deformación, adherencia y consistencia.

Que sucede si a esta mezcla l aplicamos calor.

Utilizando un embudo, lleva la mezcla a la parte interna de un globo (esto requiere mucha paciencia) de esta forma se elabora una bola antiestrés. Como reacciona este tipo de fluidos a la presión ejercida por una onda sonora?.