La materia y sus estados

La materia y sus estados

¿Qué es la materia?

La materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Si reflexionamos sobre la base de este concepto descubriremos que estamos rodeados de materia: el aire, las rocas, la arena, el agua, los árboles, las flores, las hojas, todos son materia, ¿por qué? simplemente porque todos ellos tienen masa y ocupan un lugar en el espacio. 

Por ejemplo, si tomamos una hoja de un árbol podemos pesarla, determinar su masa, así como también calcular el volumen que ocupa en el espacio. En el caso del agua sucede lo mismo,  al igual que en todos los demás elementos que tenemos a nuestro alrededor.

¿Cómo está constituida la materia?

La materia está constituida por elementos diminutos que no podemos ver a simple vista, por lo que debemos ayudarnos con microscopios para observarlos: estos elementos diminutos son los átomos. Para tener una idea de su tamaño, el cuerpo de una persona de unos 70 kilogramos de peso tiene cerca de 7.000.000.000.000.000.000.000.000.000 de átomos (el número 7 seguido de 27 ceros)  es decir 7.000 cuatrillones, una cifra realmente exorbitante.

El átomo

El átomo es la partícula más pequeña en la que puede ser dividida la materia sin que pierda las propiedades del elemento químico del cual

forman parte. Las propiedades o características físicas y/o químicas de los átomos que conforman un elemento serán siempre iguales, pero diferentes a las de los átomos que conforman otros elementos. Por ejemplo, las propiedades de los átomos que constituyen el agua serán distintos a las de los átomos del oxígeno.   

El átomo se subdivide en partículas sub atómicas. Estas son: 

• Electrones: son de carga eléctrica negativa y orbitan alrededor del núcleo del átomo.
• Protones: son partículas de carga eléctrica positiva y se encuentran en el núcleo del átomo.
• Neutrones: su carga eléctrica es neutra, y al igual que los protones, se encuentran en el núcleo.

Iones

En el átomo, el número de protones será el mismo que el de electrones, por lo que es eléctricamente neutro. Si el átomo pierde electrones se convierte en un ión positivo, si gana electrones se convierte en un ión negativo. En el estado plasmático, por ejemplo, el gas se ioniza al perder electrones por calentamiento, generándose electrones libres e iones positivos (átomos con carga positiva). La  liberación de electrones  hace que  los protones predominen en número y el átomo adquiere carga carga positiva convirtiéndose en un ión positivo.

Los quartz

En el año 1964, Murray Gell Mann y Geroge Zweig , de forma simultanea en investigaciones desarrolladas de manera independiente, propusieron la existencia de partículas sub atómicas que bautizaron con el nombre de quarks. De estas partículas están conformados los protones y los neutrones.

La molécula

La agrupación de átomos (dos o más) conforman a su vez la molécula: esta puede estar constituida por uno o más  átomos, que 

pueden ser iguales o diferentes . Dichos átomos van a estar unidos a través de lo que se conoce como enlace, algo así como cuando nos tomamos de las manos con otra persona, los brazos pasarían a ser los enlaces. Un ejemplo sería la molécula de Oxígeno (O2) que está formada por dos átomos de oxígeno. La molécula de agua (H2O) que constituida por un átomo de Hidrógeno y dos de Oxígeno.

Estados de la materia

Concepto

El estado (o estado de agregación de la materia) se refiere a la fase o estado que presentan las sustancias como consecuencia de las fuerzas de unión existente entre las partículas que la conforman. Estas fuerzas van a cambiar según las condiciones de temperatura y/o presión del entorno en el que se encuentren, lo que generará un cambio de fase o estado.

¿Cuántos estados existen?

Los estados de la materia que existen  (que podemos conseguir de forma natural) son 4:

• Estado Sólido
• Estado líquido
• Estado gaseoso
• Estado plasmático

Estado sólido

Las rocas, la madera, los huesos de nuestro cuerpo, los metales, el hielo, todos ellos son ejemplos de materia en estado sólido. Lógicamente bajo ciertas condiciones de temperatura, porque, si, por ejemplo, sometemos un metal a altas temperaturas dejará de estar en estado sólido para pasar a una fase líquida. Otro ejemplo sencillo es el hielo: cuando lo sacamos de la nevera y lo dejamos expuesto a la temperatura ambiente (superior a cero grados centígrados) se derretirá (cambiará a fase líquida).

El estado sólido es un estado de agregación donde la materia conserva su forma y volumen bajo ciertas condiciones de temperatura. En este estado la unión de las partículas es muy fuerte, lo que impide su movimiento interno.

Estado líquido

Si incrementamos la temperatura del medio en el cual se encuentra una sustancia en estado sólido llegará el momento en que su estado cambiará a una fase líquida. Un ejemplo sencillo es el hielo: cuando lo sacamos de la nevera y lo sometemos a una temperatura superior se derretirá. Si lo hemos introducido, por ejemplo, en un vaso, el líquido (agua en este caso) se adaptará a la forma del vaso. 

En el estado líquido las sustancias conservan su volumen pero su forma se adapta al recipiente que las contiene. En este estado la fuerza de unión de las partículas es menor que en el estado sólido y su movimiento interno es mayor.

Estado gaseoso

Si tomamos el agua resultante de haber derretido el hielo en el anterior ejemplo y lo calentamos, llegará un momento en que comenzará a hervir (cuando alcanza los 100 grados centígrados) y se empezará a convertir en vapor, es decir el agua pasará de un estado líquido a un estado gaseoso (vapor), dicho vapor se extenderá por el espacio en donde nos encontremos y se mezclará con el aire circundante.

Como podemos observar, el estado gaseoso es aquel en donde las partículas (átomos y moléculas) que conforman la sustancia o materia se desordenan y mueven con mayor rapidez ante el aumento de la temperatura, perdiendo su forma original y dispersándose en el ambiente ( o recipiente) en el cual se encuentre. Como podemos ver, en este estado la sustancia o materia no tienen ni forma ni volumen fijo.

Estado plasmático

El estado plasmático se alcanza cuando un gas estable se somete a una fuente de energía (campos eléctricos, radiación o calor)  logrando su ionización, es decir generando en el átomo una pérdida de electrones, obteniéndose electrones libres y cationes ( átomos o moléculas con carga positiva). A diferencia de los gases, el plasma es un excelente conductor de la electricidad. 

En pocas palabras, un gas estable es sometido a calentamiento, por lo tanto, sus átomos liberan electrones convirtiéndose en iones positivos (átomos cargado positivamente). Este gas ionizado es el plasma y es un buen conductor de electricidad.

Este estado de la materia es muy común en el universo, el Sol, las estrellas, las auroras boreales, las auroras polares, los relámpagos, medios interestelares e intergalácticos, el viento solar, soldadura de arco eléctrico, entre otros. 

Otros estados de la materia 

Además de estos se pueden mencionar otros estados que  no se producen de manera natural y su existencia se ha comprobado bajo condiciones controladas de temperatura y presión  en un laboratorio, Estos son:

• Plasma de Quark Gluones (QGP)
• Líquido Cuántico de Espines
• Condensado Bose - Einstein
• Estado Degenerado
• Hielo Superiónico