¿Qué es la materia?
La materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un volumen. Tanto la física como la química estudian la materia desde distintos puntos de vista. Todo lo que nos rodea está compuesto de materia, que puede presentarse en diversos estados.
¿Cuáles son los estados de la materia?
La materia se presenta en tres estados, también llamados formas de agregación:
- Sólido: los átomos de la materia sólida están muy juntos, por lo que tienen forma y volumen fijos. Los sólidos no se pueden comprimir; sin embargo, las altas temperaturas aumentan la vibración de sus partículas, haciendo que se dilaten ligeramente. Los sólidos tienen memoria de forma, por lo que si se deforman, tienden a volver a su forma original.
- Líquido: tienen volumen fijo, pero sus átomos están menos cohesionados que los de los sólidos, por lo que su forma es variable; en consecuencia, asumen la forma de la superficie o el contenedor en que se encuentran.
- Gaseoso: sus partículas no están cohesionadas, y tienden a dispersarse, por lo que no tienen forma ni volumen fijos. Como los líquidos, su forma dependerá del contenedor, pero a diferencia de aquellos, los gases ocupan absolutamente todo el espacio disponible en el contenedor. El volumen de los gases cambia según las condiciones de temperatura y presión, así que pueden comprimirse para alojar más cantidad en recipientes más pequeños.
Estos son los estados clásicos de la materia, y los que más fácilmente se pueden observar en circunstancias cotidianas. Sin embargo, con el avance de la ciencia, se han podido observar nuevos estados de la materia en condiciones extremas o extraterrestres.
¿Cuáles son los nuevos estados de la materia?
Plasma: es, básicamente, un gas, pero ionizado; es decir, está compuesto por átomos que se han separado de algunos de sus electrones.
Aunque podría parecer que esta característica es insuficiente para considerarlo un estado distinto de la materia, en la práctica sucede que el plasma es capaz de conducir electricidad y, bajo la influencia de un campo magnético, puede formar rayos y filamentos (ejemplo: pantallas de plasma).
El sol y buena parte del universo están hechos de plasma.
Condensado de Bose-Einstein:
Es un estado de la materia que puede darse en ciertos materiales a temperaturas cercanas al cero absoluto. El condensado no tiene análogo clásico y se le considera el quinto estado de la materia. Es frío y denso (300 veces más frío de lo que se habían enfriado antes los átomos), y los científicos aseguran que sus átomos llegan a permanecer inmóviles (lo que se conoce como estado fundamental).
Este estado había sido predicho por Albert Einstein y Satyendra Nath Bose en 1927. Desde entonces, había sido un estado teórico de la materia, hasta que casi medio siglo después los físicos E. A. Cornell, W. Ketterle y C. E. Wieman lograron desarrollarlo en el laboratorio, cosa que les valió el Premio Nobel de Física de 2001.
¿Cómo cambia de estado la materia?
La materia cambia de estado gracias a variaciones de temperatura y presión. Cada uno de estos cambios recibe un nombre:
SÓLIDO — fusión → LÍQUIDO
SÓLIDO — sublimación → GASEOSO
LÍQUIDO — evaporación → GASEOSO
LÍQUIDO — solidificación → SÓLIDO
GASEOSO — deposición*→ SÓLIDO
GASEOSO — condensación → LÍQUIDO
GASEOSO — licuefacción* → LÍQUIDO
GASEOSO — ionización → PLASMÁTICO
PLASMÁTICO — desionización → GASEOSO
*la deposición, también puede llamarse sublimación inversa.
*la diferencia entre condensación y licuefacción es que la condensación es el proceso inverso de la evaporación, mientras que en la licuefacción el cambio de estado se produce gracias al aumento de la presión y la disminución de la temperatura (como en la producción de nitrógeno líquido).
Cada elemento cambia de estado en condiciones y circunstancias diversas, pero el agua (y su ciclo) son un buen ejemplo para observar y comprender con mayor facilidad los cambios de estado de la materia:
El agua se presenta naturalmente en estado líquido, pero basta enfriarla lo suficiente (alcanzar el punto de congelación; es decir, una temperatura de 0 ºC) para que pase a estado sólido (conocido como hielo), o calentarla lo suficiente (alcanzar el punto de ebullición; es decir, una temperatura cercana a los 100 ºC) para que se convierta en vapor de agua (estado gaseoso). Finalmente, gracias a la condensación, el vapor de agua (estado gaseoso) vuelve a convertirse en agua en estado líquido (ej.: lluvia).
El proceso de sublimación (paso directo de estado sólido a estado gaseoso, sin pasar por el estado líquido), en general, es más raro de observar en circunstancias naturales, pero en el caso del agua puede observarse en el hielo seco. Otro proceso raro es el de deposición, o sublimación inversa, pero en el caso del agua se observa en el fenómeno atmosférico del granizo.
¿Existen otros estados de la materia?
Existen muchos otros estados de la materia. La mayoría de ellos solo son posibles en circunstancias muy extremas o controladas (en laboratorio, en condiciones muy específicas del mundo exterior, etc.), o incluso solo se han manifestado de manera teórica (existen modelos y teorías según las cuales debe existir tal estado, pero su observación y estudio no ha sido posible hasta ahora). Otros estados se consideran casi variaciones de los estados principales. Algunos de estos son:
- Supersólido
- Cristal líquido
- Materia fuertemente o débilmente simétrica
- Materia de quarks (también conocida como materia extraña)
- Materia degenerada
- Superfluido polaritón
- Líquido de spin cuántico
