Estados de agregación de la materia (sólido, líquido, gas y plasma)

Desde épocas muy remotas el hombre se ha preguntado por qué hay material que con facilidad puede sujetar como una piedra o un trozo de madera, otro que se le escurre entre las manos como el agua o la leche, y otro más que no puede ver, pero percibe su olor. A través de estas observaciones concluyó que en la naturaleza existen materiales en diferentes estados físicos.

En este apartado vamos a conocer los cuatro estados de la materia y te contaremos de un quinto estado que se está estudiando. Cuando te pregunten las formas en que se presenta la materia en la naturaleza de ahora en adelante no sólo contestarás “sólido, líquido y gaseoso”, sino también plasma y Condensado de Bose-Einstein (CBE).

Es común que pase desapercibido todo lo que nos rodea. No nos preguntamos de qué está hecho o por qué tiene esa forma. Por ejemplo, el agua que a diario usas para tus necesidades básicas se encuentra en estado líquido y cuando la usas en estado sólido para enfriar una bebida la llamas hielo o bien cuando la hierves y ves por encima del recipiente que la contiene la nombras vapor de agua debido a que está en estado gaseoso.

La materia es todo lo que nos rodea, tiene masa, ocupa un lugar en el espacio y puede encontrarse en diferentes estados de agregación. Debido a las condiciones que existen en la superficie terrestre, la materia se encuentra en estado sólido, líquido y gaseoso. El agua es una de las sustancias que se puede hallar en forma natural en los tres estados, ya que la mayoría de ellas se presenta sólo en un estado.

Estado Sólido

Las sustancias que se encuentran en estado sólido tienen forma y volumen definido. Las partículas que las constituyen se encuentran muy cerca unas de otras ya que predominan las fuerzas de cohesión. Esto ocasiona que no se puedan mover libremente y lo hagan únicamente en el lugar en el que se encuentran (movimiento vibracional). Entre las sustancias que de manera natural existen en estado sólido y que tú conoces se encuentran la plata y el oro usados en joyería, el cobre que sirve para las conexiones eléctricas en tu casa, el hierro y el aluminio utilizados en herrería.
Estado líquido

El líquido más conocido es el agua, debido a que es fundamental para nuestra vida. Entre las características de un líquido se puede mencionar que las partículas que lo constituyen tienen mayor libertad de movimiento que las de un sólido debido a que aparecen además de las fuerzas de cohesión las de repulsión, lo que permite que las partículas se deslicen unas sobre de otras, es decir, fluyen.

Los líquidos presentan volumen definido y adoptan la forma del recipiente que los contienen, es por eso que, si tenemos 1L de agua en una jarra y lo pasamos a un vaso, seguirá siendo un litro, pero la forma será diferente.

Una propiedad muy importante de los líquidos es la viscosidad. Hay líquidos que podemos vaciar con mayor facilidad que otros, como el agua comparada con el aceite y con la miel. El aceite que utilizas para cocinar es dos veces más viscoso que el agua y la miel es 43 veces más viscosa que el agua.

Entre los líquidos conocidos por ti, se encuentran el agua, el alcohol etílico (base de todas las bebidas alcohólicas), la leche y el mercurio (sí, el metal que está dentro de los termómetros y se dilata o contrae con los cambios de temperatura).
Estado Gaseoso

Las sustancias en estado gaseoso no son fáciles de distinguir a simple vista si no son coloridas. Todos sabemos que el aire que respiramos está constituido por varios gases y uno de ellos es el oxígeno. Sin embargo, no lo podemos ver. También alguna vez se nos ha caído un envase con refresco y observamos una gran cantidad de burbujas que no son más que dióxido de carbono, un gas que se utiliza en las bebidas carbonatadas con la finalidad de dar esa sensación de frescura al beberlas. Tanto a los gases como a los líquidos se les llama fluidos.

Los gases no tienen volumen ni forma definidos. Las partículas que los constituyen se encuentran muy separadas unas de otras debido a que predominan las fuerzas de repulsión, lo que ocasiona que ocupen todo el espacio que se les presenta. Por eso, cuando el gas butano que utilizamos en las estufas de nuestras casas escapa, primero lo olemos en la cocina, después en el resto de nuestra casa y finalmente también nuestros

vecinos lo pueden percibir, ya que las partículas se mueven libremente y al azar. A esta propiedad se le conoce como difusión. Por cierto, el olor del gas de nuestra estufa no es característico del mismo, sino que se le agregan sustancias con azufre para que nosotros lo identifiquemos y tengamos mayor seguridad de detectarlo en caso de fuga. La responsable de que el olor de un delicioso platillo nos despierte el apetito es la difusión.

El volumen de los gases se puede modificar fácilmente porque existe una gran cantidad de espacio vacío entre las partículas. Puedes comprobarlo en tu casa si tienes una jeringa desechable. Saca el émbolo de la jeringa sin la aguja hasta la medida de su capacidad para que entre aire y después colócala contra la palma de tu mano. Con la otra mano empuja el émbolo, podrás notar que disminuye el volumen, por eso se dice que los gases se comprimen. Ahora deja de presionar y observarás que regresa a su estado original, lo que nos indica que los gases se expanden.

Entre los gases que conocemos, aún sin verlos se encuentran el oxígeno, el cloro, el gas natural (metano) y el gas butano.

Mira, hasta este momento has aprendido mucho: tres de los cuatro estados de agregación de la materia, sus características y las fuerzas que les dan origen, cohesión y repulsión. No olvides que más adelante verás el cuarto estado de la materia, el plasma.

Para saber si te acuerdas de todo lo que te hemos presentado en este punto, te recomendamos que hagas un alto en el camino y pienses qué actividades hiciste el día de hoy. Después trata de clasificar los materiales con los que estuviste en contacto en: sólidos, líquidos y gases.

En el siglo XVII se descubrió que la llama de un mechero era capaz de inducir la electricidad. Es también en ese siglo que se tiene la primera noticia de la aparición de una chispa en el aire al frotar el ámbar, pero no fue sino hasta el siglo XIX que se reconoció al estado de plasma como un estado particular de la materia, distinto a los demás, como un gas conductor de la electricidad, todavía sin que se le clasificara como tal.

Sólo hasta hace unas décadas los científicos creían que la materia del Universo se encontraba en los tres estados conocidos (sólido, líquido y gas). Sin embargo, al inicio de la década de 1950 se comenzó a hablar de un cuarto estado de la materia al que se denominó plasma.

El plasma se define como un gas que puede ser sometido a altas temperaturas, a corrientes eléctricas o al que se le transfiere una gran cantidad de energía en forma de luz, lo que permitirá que cambie su comportamiento clásico de gas. Porque es considerado como un estado de mayor energía que el sólido, líquido o gaseoso.

Según las teorías astronómicas, el Universo nació en forma de plasma. Debido a que casi todo el material (aprox.99%) que conforma al Universo es plasma, los científicos consideran que debe ser el primero dentro de la clasificación de los estados de la materia. Entre los ejemplos de este cuarto estado de la materia están el Sol, los relámpagos, las lámparas fluorescentes usadas en las oficinas públicas, centros comerciales y la flama de un mechero.

Después de haber conocido este cuarto estado de la materia, te preguntarás si las pantallas que hoy en día nos venden y nos dicen que son de plasma, en realidad lo son. Te invitamos a que leas el siguiente artículo para que te enteres un poco más sobre este tema tan fascinante.

Lectura

Te has preguntado por qué en el mercado nos venden pantallas LCD o pantallas de Plasma

En la actualidad es común encontrar en las tiendas de aparatos electrónicos, pantallas de LCD (pantalla de cristal líquido, por sus siglas en inglés, Liquid Crystal Display) y plasma. Sin embargo, pocos conocen sus características y diferencias. Las pantallas de plasma tienen características comunes con las televisiones convencionales. Al igual que en los cinescopios, hay variaciones en la intensidad de luz para generar una gama de colores. Cada pantalla de plasma posee miles de pequeñas celdas que almacenan gases nobles como el xenón y el neón. Al excitarse eléctricamente, esos gases liberan fotones de luz ultravioleta, lo cual es invisible al ojo humano, y al igual que cada celda, también posee material fosforescente. Éste se pigmenta ya sea en rojo, verde o azul, de tal forma que los fotones ultravioleta liberados por la excitación del gas noble a su vez estimulan el material fosforescente. Por la combinación de intensidades de luz en cada celda de las tres que componen cada píxel, es factible generar una amplia gama de colores. La principal ventaja de una pantalla de plasma es que tiene un área de visualización bastante grande, y un fondo o grosor de aparato relativamente delgado. Además, como cada píxel(1) se ilumina de manera individual, la imagen tiene un excelente brillo y puede apreciarse desde casi cualquier ángulo. Las principales desventajas de una pantalla de plasma son que no se fabrican en pequeños tamaños y que el brillo generalmente llega a ser menor en comparación con otras tecnologías, como la de LCD.

Las pantallas de LCD (cristal líquido) están presentes en un sinnúmero de aparatos, desde una calculadora de bolsillo hasta televisores con pantallas de 50 o más pulgadas. Se componen de miles de pequeños cristales líquidos. Una característica de estos materiales es que cambian su estado físico y forma por variaciones de temperatura o bajo la acción de un campo eléctrico. A diferencia de las pantallas de plasma, en las pantallas de LCD cada cristal líquido no emite luz por sí mismo. Las pantallas de LCD pueden ser reflectivas, es decir que muestran algo en función de la luz que proviene de una fuente externa, o bien tienen una fuente de luz en el fondo. Así es como operan la mayoría de pantallas LCD presentes en computadoras portátiles y grandes pantallas de video.

Después de esta lectura esperamos que cada vez que veas una pantalla de plasma y una de LCD no te dejes llevar por lo que dice la publicidad o un vendedor y sepas escoger o recomendar a quien la vaya a comprar.

1. Píxel es el punto cuadrado o rectangular más pequeño de la pantalla del monitor. La palabra píxel surge de la combinación de dos palabras inglesas comunes, picture (imagen) y element (elemento). El tamaño de un píxel se mide en milímetros (mm). El color específico de un píxel es una combinación de tres componentes del espectro de colores: rojo, verde y azul.

Quinto estado de la materia: Condensado de Bose-Einstein (CBE)

Si recordamos nuestras clases de historia, nos decían que los griegos aseguraban que el Universo estaba formado por cuatro elementos: agua, aire, tierra y fuego, y fue Empedócles quien llegó a esta conclusión filosófica. Después de lo que hemos aprendido podemos decir que no estaban tan errados si hacemos la siguiente comparación.

¿Y el quinto estado de la materia?

En 1924 Santyendra Nath Bose y Albert Einstein predijeron en conjunto el quinto estado de la materia conocido como el Condensado de Bose-Einstein (CBE). Se necesitan temperaturas muy bajas cercanas al 0 absoluto (0 K, −273°C, −459.4°F), para que al disminuir la temperatura de una sustancia las partículas que la constituyen pierdan su identidad individual y se unan en una masa común que algunos denominan superátomo.

Sin embargo, la temperatura más baja que se ha encontrado en el Universo es de 3 K, por lo que alcanzar temperaturas tan bajas como se requiere para lograr el quinto estado de la materia es muy difícil. En la actualidad existen grupos de científicos en diferentes partes del mundo dedicados al estudio de este quinto estado.

Para que te des una idea de lo que sería un objeto cotidiano en este quinto estado, imagínate que varias personas estuvieran sentadas en la misma silla, pero no una en las piernas de la otra, sino todas sentadas en la misma silla, ocupando el mismo espacio al mismo tiempo. Lo que es muy difícil de comprender, debido a que la propiedad general de la materia, impenetrabilidad, que indica que un cuerpo no puede ocupar el espacio de otro al mismo tiempo, queda en entredicho.

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