Estados de la Materia
¿Qué es la Materia?
Materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. La materia está formada, como sabemos, por partículas muy pequeñas.
La intensidad de las fuerzas de cohesión entre las partículas que constituyen un sistema material (porción de materia que pueda delimitarse y ser estudiada en forma individual) determina su estado de agregación. 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
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.
Propiedades de los Sólidos
- 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
En 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 de 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 líquidos adoptan la forma del recipiente que los contiene.
- 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 se mueven rápidamente y en cualquier dirección, trasladándose incluso a largas distancias.
Propiedades de 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.
- El gas adopta el tamaño 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.
El Plasma
Existe un cuarto estado de la materia llamado plasma, que se forma bajo temperaturas y presiones extremadamente altas, haciendo que los impactos entre los electrones sean muy violentos, separándose del núcleo y dejando solo átomos dispersos.
Cambios de Estado de la Materia
Fusión
Si se calienta un sólido, llega un momento en que se transforma en líquido. Este proceso recibe el nombre de fusión. El punto de fusión es la temperatura que debe alcanzar una sustancia sólida para fundirse. Cada sustancia posee un punto de fusión característico. Por ejemplo, el punto de fusión del agua pura es 0 °C a la presión atmosférica normal.
Vaporización (Evaporación y Ebullición)
Si calentamos un líquido, se transforma en gas. Este proceso recibe el nombre de vaporización o evaporación. Cuando la vaporización tiene lugar en toda la masa de líquido, formándose burbujas de vapor en su interior, se denomina ebullición. También la temperatura de ebullición es característica de cada sustancia y se denomina punto de ebullición. El punto de ebullición del agua es 100 °C a la presión atmosférica normal.
Cristalización o Sublimación Inversa
La cristalización o sublimación inversa (regresiva) es el cambio de la materia del estado gaseoso al estado sólido de manera directa, es decir, sin pasar por el estado líquido.
Solidificación
En la solidificación se produce el cambio de estado de la materia de líquido a sólido, debido a una disminución en la temperatura. Este proceso es inverso a la fusión. El mejor ejemplo de este cambio es cuando metes al congelador un vaso de agua. Al dejarlo por unas horas ahí el agua se transforma en hielo (líquido a sólido), debido a la baja temperatura.
Sublimación
La sublimación o volatilización, es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le denomina sublimación inversa; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.
Condensación
La condensación es el cambio de estado que se produce en una sustancia al pasar del estado gaseoso al estado líquido. La temperatura a la que ocurre esta transformación se llama punto de condensación.
Leyes de los Gases
Características de los Gases
- Sus partículas no están unidas.
- No tienen forma definida.
- Ocupan mayor volumen que los sólidos y líquidos.
- Tienen baja densidad.
- Son fácilmente comprimibles.
- Existen diferentes tipos.
- Son considerados fluidos.
- Son químicamente activos.
Relación entre Variables (Volumen, Presión y Temperatura)
Las leyes de los gases describen cómo se relacionan el volumen (V), la presión (P) y la temperatura (T) de un gas ideal bajo diferentes condiciones:
- Si cambia V y P, y no cambia T: Ley de Boyle.
- Si cambia V y T, y no cambia P: Ley de Charles.
- Si cambia P y T, y no cambia V: Ley de Gay-Lussac.
- Si cambian V, P y T (todos): Ley Combinada.
- Si se involucran moles o gramos: Ley General (o Ley del Gas Ideal).
Ley de Boyle
A temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión que se ejerce sobre él. Esto significa que a mayor presión, menor volumen, y a menor presión, mayor volumen, siempre que la temperatura no cambie.
Leyes de Charles y Gay-Lussac
La Ley de Charles establece que, a presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta. La Ley de Gay-Lussac establece que, a volumen constante, la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
Ley Combinada de los Gases
La ley combinada de los gases es una ley que combina la ley de Boyle, la ley de Charles y la ley de Gay-Lussac. Relaciona la presión, el volumen y la temperatura de un gas cuando ninguna de estas variables se mantiene constante.
Ley General de los Gases (Ley del Gas Ideal)
La ley general de los gases, a menudo referida como la Ley del Gas Ideal (PV=nRT), relaciona la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad de sustancia (moles o gramos) de un gas. Es una combinación y extensión de las leyes anteriores, aplicable a gases ideales.