Estado de agregacin de la materia

Este diagrama muestra la nomenclatura para las diferentes transiciones de fase su reversibilidad y relacin con la variacin de la entalpa.En fsica y qumica se observa que, para cualquier sustancia o elemento material, modificando sus condiciones de temperatura o presin, pueden obtenerse distintos estados o fases, denominados estados de agregacin de la materia, en relacin con las fuerzas de unin de las partculas (molculas, tomos o iones) que la constituyen.Todos los estados de agregacin poseen propiedades y caractersticas diferentes; los ms conocidos y observables cotidianamente son cuatro, llamados fases slida, lquida, gaseosa y plasmtica. Tambin son posibles otros estados que no se producen de forma natural en nuestro entorno, por ejemplo: condensado de Bose-Einstein, condensado ferminico y estrellas de neutrones. Se cree que tambin son posibles otros, como el plasma de quark-glunEstado slidoLos objetos en estado slido se presentan como cuerpos de forma definida; sus tomos a menudo se entrelazan formando estructuras estrechas definidas, lo que les confiere la capacidad de soportar fuerzas sin deformacin aparente. Son calificados generalmente como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de atraccin son mayores que las de repulsin. En los slidos cristalinos, la presencia de espacios intermoleculares pequeos da paso a la intervencin de las fuerzas de enlace, que ubican a las celdillas en formas geomtricas. En los amorfos o vtreos, por el contrario, las partculas que los constituyen carecen de una estructura ordenada.Las sustancias en estado slido suelen presentar algunas de las siguientes caractersticas: Cohesin elevada; Tienen una forma definida y memoria de forma, presentando fuerzas elsticas restitutivas si se deforman fuera de su configuracin original; A efectos prcticos son incompresibles, Resistencia a la fragmentacin; Fluidez muy baja o nula; Algunos de ellos se subliman. En los slidos, las partculas estn unidas por fuerzas de atraccin muy grandes, por lo que se mantienen fijas en su lugar; solo vibran unas al lado de otras. Propiedades: - 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 presionndolos.- Se dilatan: aumentan su volumen cuando se calientan, y se contraen:disminuyen su volumen cuando se enfran.

Estado lquidoSi se incrementa la temperatura, el slido va perdiendo forma hasta desaparecer la estructura cristalina, alcanzando el estado lquido. Caracterstica principal: la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene. En este caso, an existe cierta unin entre los tomos del cuerpo, aunque mucho menos intensa que en los slidos. El estado lquido presenta las siguientes caractersticas: Cohesin menor. Movimiento energa cintica. Son fluidos, no poseen forma definida, ni memoria de forma por lo que toman la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene. En el fro se contrae (exceptuando el agua). Posee fluidez a travs de pequeos orificios. Puede presentar difusin. Son poco compresibles.Los lquidos: las partculas estn unidas, pero las fuerzas de atraccin son ms dbiles que en los slidos, de modo que las partculas se mueven y chocan entre s, vibrando y deslizndose unas sobre otras. Propiedades: - No tienen forma fija pero s volumen. - La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy especficas son caractersticas de los lquidos. - Los lquidos adoptan la forma del recipiente que los contiene. - Fluyen o se escurren con mucha facilidad si no estn contenidos en un recipiente; por eso, al igual que a los gases, se los denomina fluidos.-Se dilatan y contraen como los slidos.

Estado gaseosoSe denomina gas al estado de agregacin de la materia que no tiene forma ni volumen propio. Su principal composicin son molculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atraccin, haciendo que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene, con respecto a los gases las fuerzas gravitatorias y de atraccin entre partculas resultan insignificantes. Es considerado en algunos diccionarios como sinnimo de vapor, aunque no hay que confundir sus conceptos, ya que el trmino de vapor se refiere estrictamente para aquel gas que se puede condensar por presurizacin a temperatura constante. Los gases se expanden libremente hasta llenar el recipiente que los contiene, y su densidad es mucho menor que la de los lquidos y slidos.Dependiendo de sus contenidos de energa o de las fuerzas que actan, la materia puede estar en un estado o en otro diferente: se ha hablado durante la historia, de un gas ideal o de un slido cristalino perfecto, pero ambos son modelos lmites ideales y, por tanto, no tienen existencia real.En los gases reales no existe un desorden total y absoluto, aunque s un desorden ms o menos grande.En un gas, las molculas estn en estado de caos y muestran poca respuesta a la gravedad. Se mueven tan rpidamente que se liberan unas de otras. Ocupan entonces un volumen mucho mayor que en los otros estados porque dejan espacios libres intermedios y estn enormemente separadas unas de otras. Por eso es tan fcil comprimir un gas, lo que significa, en este caso, disminuir la distancia entre molculas. El gas carece de forma y de volumen, porque se comprende que donde tenga espacio libre all irn sus molculas errantes y el gas se expandir hasta llenar por completo cualquier recipiente.El estado gaseoso presenta las siguientes caractersticas: Cohesin casi nula. No tienen forma definida. Su volumen es variable.

Los gases: En los gases, las fuerzas de atraccin son casi inexistentes, por lo que las partculas estn muy separadas unas de otras y se mueven rpidamente y en cualquier direccin, trasladndose incluso a largas distancias.Propiedades:- No tienen forma ni volumen fijos.- En ellos es muy caracterstica la gran variacin de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presin.- El gas adopta el tamao y la forma del lugar que ocupa.- Ocupa 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, lquidas e, incluso, slidas.- Se dilatan y contraen como los slidos y lquidos.

Estado plasmticoEl plasma es un gas ionizado, es decir que los tomos que lo componen se han separado de algunos de sus electrones. De esta forma el plasma es un estado parecido al gas pero compuesto por aniones y cationes (iones con carga negativa y positiva, respectivamente), separados entre s y libres, por eso es un excelente conductor. Un ejemplo muy claro es el Sol.En la baja Atmsfera terrestre, cualquier tomo que pierde un electrn (cuando es alcanzado por una partcula csmica rpida) se dice que est ionizado. Pero a altas temperaturas es muy diferente. Cuanto ms caliente est el gas, ms rpido se mueven sus molculas y tomos, (ley de los gases ideales) y a muy altas temperaturas las colisiones entre estos tomos, movindose muy rpido, son suficientemente violentas para liberar los electrones. En la atmsfera solar, una gran parte de los tomos estn permanentemente ionizados por estas colisiones y el gas se comporta como un plasma.A diferencia de los gases fros (por ejemplo, el aire a temperatura ambiente), los plasmas conducen la electricidad y son fuertemente influidos por los campos magnticos. La lmpara fluorescente, contiene plasma (su componente principal es vapor de mercurio) que calienta y agita la electricidad, mediante la lnea de fuerza a la que est conectada la lmpara. La lnea, positivo elctricamente un extremo y negativo, causa que los iones positivos se aceleren hacia el extremo negativo, y que los electrones negativos vayan hacia el extremo positivo. Las partculas aceleradas ganan energa, colisionan con los tomos, expulsan electrones adicionales y mantienen el plasma, aunque se recombinen partculas. Las colisiones tambin hacen que los tomos emitan luz y esta forma de luz es ms eficiente que las lmparas tradicionales. Los letreros de nen y las luces urbanas funcionan por un principio similar y tambin se usaron en electrnicas.Plasma: Existe un cuarto estado de la materia llamado plasma, que se forman bajo temperaturas y presiones extremadamente altas, haciendo que los impactos entre los electrones sean muy violentos, separndose del ncleo y dejando slo tomos dispersos.El plasma, es as, una mezcla de ncleos positivos y electrones libres, que tiene la capacidad de conducir electricidad.

Un ejemplo de plasma presente en nuestro universo es el sol.Otros ejemplos:Plasmas terrestres:- Los rayos durante una tormenta.- El fuego.- El magma.- La lava.- La ionosfera.- La aurora boreal.Plasmas espaciales y astrofsicos:- Las estrellas (por ejemplo, el Sol).- Los vientos solares.- El medio interplanetario (la materia entre los planetas del Sistema Solar), el medio interestelar (la materia entre las estrellas) y el medio intergalctico (la materia entre las galaxias).- Los discos de acrecimiento.- Las nebulosas intergalcticas.- Ambiplasma

Otros posibles estados de la materiaExisten otros posibles estados de la materia; algunos de estos slo existen bajo condiciones extremas, como en el interior de estrellas muertas, o en el comienzo del universo despus del Big Bang o gran explosin: Superfluido Materia degenerada Materia fuertemente simtrica Materia dbilmente simtrica Materia extraa o materia de quarks Superfluido polaritn Materia fotnica

Cambios de estadoArtculo principal: Cambio de estado

Diagrama de los cambios de estado entre los estados slido, lquido y gaseoso.Para cada elemento o compuesto qumico existen determinadas condiciones de presin y temperatura a las que se producen los cambios de estado, debiendo interpretarse, cuando se hace referencia nicamente a la temperatura de cambio de estado, que sta se refiere a la presin de la atm. (la presin atmosfrica). De este modo, en "condiciones normales" (presin atmosfrica, 0C) hay compuestos tanto en estado slido como lquido y gaseoso (S, L y G).Los procesos en los que una sustancia cambia de estado son: la sublimacin (S-G), la vaporizacin (L-G), la condensacin (G-L), la solidificacin (L-S), la fusin (S-L), y la sublimacin inversa (G-S). Es importante aclarar que estos cambios de estado tienen varios nombres.FusinLa fusin es un proceso fsico que consiste en el cambio de estado de la materia del estado slido al estado lquido por la accin del calor. Cuando se calienta un slido, se transfiere energa a los tomos que vibran con ms rapidez a medida que gana energa.El proceso de fusin es el mismo que el de fundicin, pero este trmino se aplica generalmente a sustancias como los metales, que se licuan a altas temperaturas, y a slidos cristalinos. Cuando una sustancia se encuentra a su temperatura de fusin, el calor que se suministra es absorbido por la sustancia durante su transformacin, y no produce variacin de su temperatura. Este calor adicional se conoce como calor de fusin. El trmino fusin se aplica tambin al proceso de calentar una mezcla de slidos para obtener una disolucin lquida simple, como en el caso de las aleaciones.Sabemos que los slidos tienen estructura cristalina, esto es, sus tomos estn colocados de forma regular en determinados puntos, siguiendo las tres dimensiones del espacio. Estos tomos pueden vibrar en torno a su posicin de equilibrio y si su temperatura aumenta, la amplitud de sus vibraciones crece, ya que la energa que reciben se emplea en aumentar su velocidad. Puede llegar un momento que los enlaces que los retenan en sus posiciones se rompan, desaparezca la distribucin regular o lo que es lo mismo la estructura cristalina y se inicie el paso al estado lquido, es decir la fusin.Punto de fusin: temperatura en la que el slido se convierte en lquido; este valor es constante y especfico en cada sustancia, el cambio de slido a lquido no slo se da por aplicacin de calor sino que tambin aumentando o disminuyendo la presin segn se requiera.SolidificacinLa solidificacin es un proceso fsico que consiste en el cambio de estado de la materia de lquido a slido producido por una disminucin en la temperatura. Es el proceso inverso a la fusin.En general, los compuestos disminuyen de volumen al solidificarse, aunque no sucede en todos los casos; en el caso del agua aumenta.En metalurgiaEn general, los productos metlicos se originan en una primera etapa en estado liquido, luego del cual se pasa al estado slido mediante moldes o por colada continua. El proceso de solidificacin es determinante para la calidad del producto final, porque si el material queda defectuoso en esta etapa, ser muy difcil efectuar las correcciones en el procesamiento posterior.Solidificacin de Metales:La solidificacin de metales y aleaciones es un importante proceso industrial ya que la mayora de los metales se funden para moldearlos hasta una forma acabada o semiacabada. En general, la solidificacin de un metal o aleacin puede dividirse en las siguientes etapas:1. Formacin de ncleos estables en el fundido (nucleacin).2. Crecimiento del ncleo hasta dar origen a cristales.3. La formacin de granos y estructura granular.El aspecto que cada grano adquiere despus de la solidificacin del metal depende de varios factores, de entre los que son importantes los gradientes trmicos. Los granos denominados equiaxiales, son aquellos en que su crecimiento ha sido igual en todas las direcciones.Los dos mecanismos principales por los que acontece la nucleacin de partculas slidas en un metal liquido son: nucleacin homognea y nucleacin heterognea.Nucleacin homognea: se considera en primer lugar la nucleacin homognea porque es el caso ms simple de nucleacin. Esta se da en el lquido fundido cuando el metal proporciona por s mismo los tomos para formar los ncleos.Nucleacin heterognea: en este caso la nucleacin sucede en un lquido sobre la superficie del recipiente que lo contiene, impurezas insolubles, u otros materiales estructurales.VaporizacinLa Vaporizacin es el cambio de estado de lquido a gaseoso.Hay dos tipos de vaporizacin: la ebullicin y la evaporacin.La Ebullicin es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado lquido al estado de vapor.Para que ello ocurra debe aumentar la temperatura en toda la masa del lquido.A la temperatura durante la cual se dice que un determinado lquido hierve se la llama punto de ebullicin.La diferencia entre la evaporacin y la ebullicin, es que en la evaporacin, el cambio de estado ocurre solamente en la superficie del lquido. Tambin se encuentra en que en una se necesita mayor cantidad de calor para que suceda la reaccin, y aparte una es un proceso qumico y otra fsico.Cuando se realiza una destilacin, para separar dos o ms lquidos de diferente punto de ebullicin, la temperatura permanece constante en el punto de ebullicin de cada uno de los lquidos que se desea separar de la mezcla.CondensacinSe denomina condensacin al cambio de estado de la materia que se encuentra en forma gaseosa a forma lquida. Es el proceso inverso a la vaporizacin. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado slido de manera directa, el proceso es llamado sublimacin inversa.Aunque el paso de gas a lquido depende, entre otros factores, de la presin y de la temperatura, generalmente se llama condensacin al trnsito que se produce a presiones cercanas a la ambiental. Cuando se usa una sobrepresin elevada para forzar esta transicin, el proceso se denomina licuefaccin.El proceso de condensacin suele tener lugar cuando un gas es enfriado hasta su punto de roco, sin embargo este punto tambin puede ser alcanzado variando la presin. El equipo industrial o de laboratorio necesario para realizar este proceso de manera artificial se llama condensador.La condensacin es esencial para el proceso de destilacin, un proceso muy importante tanto para el trabajo en el laboratorio como para aplicaciones industriales.SublimacinLa sublimacin (del latn sublimare) o volatilizacin es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia slida al estado gaseoso sin pasar por el estado lquido. Se puede llamar de la misma forma al proceso inverso; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado slido, pero es ms apropiado referirse a esa transicin como sublimacin inversa o cristalizacin; ocurre en las geoditas. Un ejemplo clsico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.Los slidos tienen presiones de vapor caractersticas, que oscilan con la temperatura como sucede con lquidos. Acrecentando la temperatura, aumenta tambin la presin de vapor del slido. El suceso de la estabilizacin de un slido con vapor saturado, que vara su presin con la temperatura, a esa inflexin se llama curvatura de sublimacin. Se determina como sublimacin el indicar la conversin directa slido-vapor, sin la intervencin lquida. Por ejemplo, la purificacin del yodo, azufre, naftaleno o cido benzoico resultan muy viable por sublimacin, debido a que las presiones de vapor de estos slidos tienen valores bastante elevados.Los olores caractersticos de muchas sustancias slidas, como las nombradas, son debidos a que estas sustancias tienen una presin de vapor apreciable a temperatura ambiente. Otro ejemplo es el ms comn para ilustrar sublimacin es a travs de hielo seco, que es el nombre comn que se le da al CO2 congelado. Cuando el hielo seco se expone al aire, ste se comienza a sublimar, o a convertirse en vapor. Esto le pasa al hielo seco porque a temperatura ambiente el gas congelado prefiere ser gas y no slido congelado.SUBLIMACION REGRESIVA O INVERSAEs el proceso inverso a la sublimacin progresiva, es decir, el paso directo de gas a slido. Por ejemplo, cuando se producen vapores al calentarse cristales de yodo y luego se pone sobre ellos un objeto que est muy fro; entonces, los vapores se transformarn nuevamente en cristales de yodo. Histricamente la palabra sublimado se refiri a las sustancias formadas por deposicin a partir de vapores (gases), como el sublimado corrosivo, cloruro mercrico, formado por alteracin de los calomelanos cristalizado obtenido durante las operaciones alqumicas.Cualquier sustancia pura puede sublimarse, esto debido a condiciones de presiones superiores y temperaturas inferiores a la que se produce dicha transicin. En la naturaleza la sublimacin inversa se observa en la formacin de la nieve o de la escarcha. Las partculas partiendo de las cuales se produce la acrecin o acrecimiento planetario, se forman por sublimacin inversa a partir de compuestos en estado gaseoso originados en supernovas.Este proceso tambin es conocido como deposicin.