Estados de agregación de la materia

Los estados de agregación son los grados de unión de las partículas microscópicas que forman la materia y reflejan la intensidad de su enlace. Dicho de otra forma, los estados de agregación nos indican la distribución de los átomos dentro de la sustancia. Según, el estado de agrupación del material, se adquiere una serie de características que determinan la naturaleza de la sustancia y la manera en que ésta interactúa con su entorno y con otros elementos.

En un sistema ideal, las sustancias experimentan cambios de estado en el momento que las condiciones termodinámicas motivan una transformación a una fase de menor energía. Sin embargo, todo cambio de estado necesita una energía mínima de activación para iniciar esa transición. La imposibilidad de alcanzar esa energía mínima necesaria permite que algunas sustancias presenten diferentes estados de agregación en el mismo ambiente. Esta condición de metaestabilidad la exhiben sustancias como el agua que, teniendo el mismo quimismo, puede encontrarse en diferentes estados y presentar propiedades físicas diversas.

Cómo es lógico, los cambios de estado llevan aparejados una serie de propiedades únicas que permiten su clasificación. Cuando la transformación de una fase a otra se realiza, existe un cambio en la intensidad de fuerzas de unión entre los átomos. De esta manera, al aumentar la temperatura las partículas comienzan a vibrar dentro de sus posiciones estructurales, desestabilizando esas fuerzas y permitiendo su reorganización. A continuación, se muestran los estados de agregación disponibles, que son sólido, líquido, gaseoso y plasmático, y sus propiedades más importantes.

En este estado de agregación, volumen y forma se mantienen constantes. Debido a las fuerzas intermoleculares de cohesión entre sus partículas, no pueden adaptarse a los recipientes que las contienen. Los elementos que conforman la sustancia poseen posiciones fijas dentro de la estructura. Por tanto, la distancia entre sus componentes no cambia.

Por otro lado, los caminos que llevan a otros estados reciben un nombre específico. De esta manera, podemos saber si la transformación física de la sustancia se ha dado de forma lenta o súbita. Cuando un sólido cambia a estado líquido se denomina fusión. Mientras, el paso súbito de un sólido a gas se denomina sublimación. Los sólidos presentan en numerosas ocasiones formas geométricas bien definidas. El resultado son sustancias resistentes a la deformación y sensiblemente más densas que sus homólogos líquidos y gaseosos.

En condiciones normales, la mayoría de los elementos químicos se presentan en estado sólido. Los minerales incluso pueden exhibir formas cristalinas con propiedades únicas que justifican sus aplicaciones industriales, como los diamantes en la joyería o el cuarzo en la industria del vidrio. Otros materiales están a medio camino y es difícil precisar cuales son los estados de la materia a los que pertenecen. Un ejemplo de esto sería la gelatina que, a pesar de ser un sólido, posee propiedades de los líquidos. Como comentábamos, el agua puede encontrarse en los distintos estados de la materia, en este caso, el agua sólida es hielo.

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Aunque el volumen de los líquidos permanece intacto, su forma cambia adaptándose al recipiente que lo contiene. Esto se debe a la intensidad de la fuerza de enlace que es sensiblemente menor que otros estados de la materia. Las partículas no ocupan posiciones fijas, pero conservan la distancia entre ellas.

Cuando se producen los cambios de estado de sustancias líquidas a sólidos hablamos de solidificación de la muestra. De igual forma, el paso de un líquido a su estado gaseoso se conoce como vaporización o ebullición. Es importante resaltar, que ambos conceptos implican que el líquido alcance una temperatura adecuada en todo el complejo. En ese momento, comienzan a formarse burbujas en el seno del fluido, que aumentan de tamaño hasta que son capaces de igualar la presión atmosférica. Instantes después, la presión del vapor vence a la de la atmósfera, liberando la sustancia en forma gaseosa.

Cuando la presión atmosférica es más alta que la presión del líquido no se forman burbujas, y el paso de líquido a gas solo puede darse de manera superficial. Este proceso se llama evaporización y ocurre sin necesidad de alcanzar una temperatura mínima en todo el fluido. En el día a día, se tiende a confundir los términos de evaporación y vaporación y a presentarlos como el mismo evento.

Los únicos elementos de la tabla periódica que se presentan en estado líquido son el bromo y el mercurio. En cambio, cuando se unen a otros elementos, adquieren formas sólidas como la bromargirita o el cinabrio. Obviamente, también existen compuestos complejos que mantienen un estado líquido como la gasolina o el amoniaco. En el caso del agua, en su estado líquido está presente en casi todo el planeta, de ahí su nombre de planeta azul, en forma de océanos, mares, ríos, lagos, acuíferos, precipitaciones, etc. Aquí puedes descubrir más sobre la Hidrosfera: qué es y características y también sobre las Propiedades del agua.

En el caso de los gases, los átomos experimentan una fuerza de unión muy débil comparada con otros estados de la materia. Como consecuencia, las partículas intentan ocupar el máximo espacio posible, desplazándose en todas direcciones y desechando la distancia que se conservaba en los estados de agregación anteriores. Por tanto, los gases poseen volúmenes y formas variables.

Para que un gas pase a líquido hemos de someterlo a un proceso llamado condensación o licuación, aumentando así su fuerza de enlace. Si deseamos pasar un gas a estado sólido debemos considerar un proceso de sublimación inversa o cristalización. Además, los gases poseen una elevada difusión y la movilidad de sus partículas facilita su miscibilidad.

En el caso del agua, su estado gaseoso es el vapor de agua. Los gases nobles, como el helio o el argón, son ejemplos de elementos químicos que se encuentran en su estado gaseoso en condiciones ambientales. Al igual que ocurría con otros estados de la materia, los gases también forman compuestos que conservan la agregación de sus partículas. Este es el caso del metano o el óxido nitroso.

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Considerado el cuarto estado de la materia, el plasma es un gas parcial o totalmente ionizado donde los electrones e iones se mueven no solo en función de condiciones locales, sino que también influyen aquellas en regiones lejanas. Esta característica del plasma se conoce como comportamiento colectivo. Este se forma al sobrepasar ciertos umbrales de energía térmica en un gas. El plasma es muy sensible a la influencia de los campos eléctricos y magnéticos y es el estado de la materia más abundante en el universo. Su denominación vino por iniciativa de Irving Langmuir en 1928 que lo definió como un gas ionizado de elevada conductividad eléctrica. Su estudio se realiza a través de la física cuántica, atendiendo al comportamiento cinético y molecular de las partículas. Los vientos solares, rayos y las auroras boreales son ejemplos del estado plasma.

Ahora que has aprendido más sobre los estados de agregación de la materia o estados de la materia, te animamos a leer sobre los Ejemplos de cambios físicos de la materia y los Ejemplos de cambios químicos de la materia.

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