Estado de la Materia

Estados de la materia

La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso.

Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo 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:

Los sólidos: Tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras.
Los líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen. La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos.
Los gases: 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.

Figura 1.

Propiedades de los Estados de Materia

Gaseoso.

Estado de agregación de la materia que se caracteriza por dejar a la sustancia sin formato ni volumen propio. Su principal composición son moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene.

Propiedades del estado gaseoso

No tienen forma definida, por lo que adoptan la forma del recipiente en que estén contenidos.
No tienen volumen definido, así que tienden a copar el volumen del espacio en donde se encuentren en su totalidad.
Son altamente compresibles, es decir, dado el enorme espacio entre sus moléculas, se lo puede obligar a ocupar un volumen más pequeño. De hecho, cuando se incrementa su temperatura los gases se expanden, mientras que al enfriarse tienden a contraerse.
Los gases son fluidos, tal y como los líquidos, y pueden desplazarse con poca fricción entre un envase y otro.
Las partículas de los gases están tan alejadas entre sí, que su peso total es menor y son menos afectadas por la gravedad, pudiendo permanecer en suspensión en la atmósfera.
Los gases pueden ser más o menos densos que el aire, dependiendo de su naturaleza, y así elevarse o caer una vez que son liberados en la atmósfera.
El sabor, olor y color de los gases depende de los elementos que lo conforman.
Los gases se difunden con rapidez en el vacío o entre otros gases.

Propiedades químicas

Los átomos y moléculas de un gas se hallan alejadas entre sí y movilizándose a niveles de energía muy elevados. Por eso, resulta imposible que permanezcan juntas y rígidas como en el caso de los sólidos.

Debemos recordar que el estado de agregación de la materia, en principio, no altera las propiedades químicas de las sustancias que la componen. Por lo tanto, la naturaleza química de los gases puede variar enormemente: algunos pueden ser inertes, otros inflamables, corrosivos o tóxicos, dependiendo de la reactividad química de sus elementos.

Líquido.

Fluido cuyo volumen es constante en condiciones de temperatura y presión también constante. Las partículas que lo constituyen están unidas entre sí por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por ello, pueden trasladarse con libertad, lo que determina su fluidez (en oposición a la viscosidad). Así se explica que los líquidos adopten la forma del recipiente que los contiene.

Este mismo hecho hace que en ausencia de gravedad, la forma que adquieran los líquidos sea esférica, ya que así se minimiza la tensión superficial, como consecuencia de la aplicación del principio de Hamilton, que dice que todo sistema mecánico evoluciona hacia un mínimo de energía. Esta mínima tensión superficial hace que el líquido en ausencia de fuerzas externas tienda a disminuir en lo posible su superficie para un volumen dado, siendo la esfera la forma más óptima.

Propiedades de los líquidos

Viscosidad

En la animación, el fluido de abajo es más viscoso que el de arriba.

Los líquidos se caracterizan porque las fuerzas internas del mismo no dependen de la deformación total, aunque usualmente sí dependen de la velocidad de deformación, esto es lo que diferencia a los sólidos deformables de los líquidos. Los fluidos reales se caracterizan por poseer una resistencia a fluir llamada viscosidad (que también está presente en los sólidos viscoelásticos). Eso significa que en la práctica para mantener la velocidad en un líquido es necesario aplicar una fuerza o presión, y si dicha fuerza cesa el movimiento del fluido cesa finalmente tras un tiempo finito.

La viscosidad de un líquido crece al aumentar su masa molar y disminuye al crecer la temperatura. La viscosidad también está relacionada con la complejidad de las moléculas que constituyen el líquido: es baja en los gases inertes licuados y alta en los aceites pesados. Es una propiedad característica de todo fluido (líquidos o gases).

La viscosidad es una medida de la resistencia al desplazamiento de un fluido cuando existe una diferencia de presión. Cuando un líquido o un gas fluyen se supone la existencia de una capa estacionaria, de líquido o gas, adherida sobre la superficie del material a través del cual se presenta el flujo. La segunda capa roza con la adherida superficialmente y esta segunda con una tercera y así sucesivamente. Este roce entre las capas sucesivas es el responsable de la oposición al flujo, o sea, el responsable de la viscosidad.

La viscosidad se mide en poises, siendo un poise la viscosidad de un líquido en el que para deslizar una capa de un centímetro cuadrado de área a la velocidad de 1 cm/s respecto a otra estacionaria situado a 1 cm de distancia fuese necesaria la fuerza de una dina.

La viscosidad suele decrecer en los líquidos al aumentar la temperatura, aunque algunos pocos líquidos presentan un aumento de viscosidad cuando se calientan. Para los gases la viscosidad aumenta al aumentar la temperatura.

Fluidez

La fluidez es una característica de los líquidos o gases que les confiere la habilidad de poder pasar por cualquier orificio o agujero por más pequeño que sea, siempre que esté a un mismo nivel del recipiente en el que se encuentren el líquido a diferencia del restante estado de agregación conocido como sólido.

La fluidez se debe a que un fluido puede adquirir una deformación arbitrariamente grande sin necesidad de ejercer una tensión mecánica los líquidos la tensión mecánica o presión en el seno del fluido depende esencialmente de la velocidad de la deformación no de la deformación en sí misma a diferencia de los sólidos que tienen memoria de forma y experimentan tensiones tanto más grandes cuanto más se alejan de la forma original, es decir, en un sólido la tensión está relacionada primordialmente con el grado de deformación.

Presión de vapor

Presión de un vapor en equilibrio con su forma líquida, la llamada presión de vapor, solo depende de la temperatura; su valor a una temperatura dada es una propiedad característica de todos los líquidos.

También lo son el punto de ebullición, el punto de solidificación y el calor de vaporización (esencialmente, el calor necesario para transformar en vapor una determinada cantidad de líquido).

En ciertas condiciones, un líquido puede calentarse por encima de su punto de ebullición; los líquidos en ese estado se denominan supercalentados. También es posible enfriar un líquido por debajo de su punto de congelación y entonces se denomina líquido superenfriado.

Otras propiedades

Los líquidos no tienen forma fija pero sí volumen. Tienen variabilidad de forma y características muy particulares que son:

Cohesión: fuerza de atracción entre moléculas iguales
Adhesión: fuerza de atracción entre moléculas diferentes.
Tensión superficial: fuerza que se manifiesta en la superficie de un líquido, por medio de la cual la capa exterior del líquido tiende a contener el volumen de este dentro de una mínima superficie.
Capilaridad: facilidad que tienen los líquidos para subir por tubos de diámetros pequeñísimos (capilares) donde la fuerza de cohesión es superada por la fuerza de adhesión.

Sólido.

Uno de los cuatro estados de agregación de la materia, se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas.

Propiedades de un sólido

Elasticidad: Un sólido recupera su forma original cuando es deformado. 6Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad ya que vuelve a su forma original.
Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos fragmentos (quebradizo).7
Dureza: La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, y las deformaciones permanentes entre otras.. El diamante es un sólido con dureza elevada.
Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como lo hacen los gases y los líquidos, excepto bajo presiones extremas del medio.
Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dice que son más “pesados”
Flotación: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la del líquido en el cual se coloca.
Inercia: es la dificultad o resistencia que opone un sistema físico o un sistema social a posibles cambios, en el caso de los sólidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo.
Tenacidad: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un material a que se propaguen fisuras o grietas.
Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser labrados por deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.
Ductilidad: La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de ellos.
Rigidez: Algunos sólidos pueden resistir más que otros los dobleces y torceduras.
Deformación: Algunos sólidos pueden deformarse sin romperse, adquiriendo una forma diferente a la que tenían.
Aleabilidad: Propiedad que tienen los materiales para formar aleaciones que dan lugar a nuevos materiales mejorando sus prestaciones.
Calor específico: La capacidad calorífica de una sustancia es la energía necesaria para aumentar 1℃ su temperatura.Estado de agregación de la materia que se caracteriza por dejar a la sustancia sin formato ni volumen propio. Su principal composición son moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene.

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