El Número de Avogadro

Estados de la Materia (I)

Clásicamente se creía que la materia se encontraba en tres estados diferentes. Estos son los estados más conocidos por todos nosotros: sólido, líquido y gas.

En el estado sólido los átomos o moléculas se encuentran compactados. A veces forman estructuras organizadas (estructuras cristalinas). Su libertad de movimiento está muy limitada pudiendo únicamente vibrar o girar sobre si mismos.

Al incrementar la temperatura pasamos al estado líquido. Aquí los átomos o moléculas tienen una mayor libertad pudiendo desplazarse. De ahí que los líquidos tengan la propiedad de fluir.

Si aumentamos aún más la temperatura alcanzamos el estado gaseoso. En este estado la distancia entre los átomos o moléculas aumenta mucho. Estos tienen libertad total de movimiento ocupando todo el espacio del recipiente que contiene el gas.

Cada sustancia tiene temperaturas y presiones concretas en las que se producen los cambios entre los diferentes estados. Esto se puede relacionar con un gráfico llamado diagrama de fases.

Cada región del diagrama corresponde a una fase o estado de la materia mientras que las líneas corresponden a dos fases en equilibrio. Al cruzar de una línea a otra estamos pasando de un estado a otro. ¿Cómo cruzamos? Hay dos formas: variando la temperatura o variando la presión.

Por ejemplo en este diagrama de fases (que corresponde al agua) podemos pasar del punto P al punto R aumentando la temperatura. El agua comenzará siendo sólida (hielo), pasará a un equilibrio sólido-líquido (primera línea azul que cruza la línea discontinua), seguidamente será líquida, llegará al equilibrio líquido-gas (segunda línea azul) y acabará siendo gas (vapor de agua). Asimismo, para pasar del punto P al punto Q deberemos aumentar la presión.

Los diagramas presentan algunos aspectos adicionales interesantes.

Podemos hablar del punto triple (en ese diagrama del CO₂ es el marcado con una O) que es el punto en el que tenemos en equilibrio las tres fases: sólida, líquida y gas.

También se observa el fluido supercrítico (Supercritical Fluid). Esto, más que un estado diferente de la materia, es como una mezcla del líquido y gas. A altas temperaturas y presiones estos dos estados se hacen indistinguibles. El estudio de los fluidos supercríticos es en sí muy interesante y sus usos son bastante importantes. Por ejemplo, se utiliza CO₂ supercrítico para obtener el café descafeinado

Por supuesto estos diagramas aquí mostrados son una simplificación. Como siempre, la realidad es mucho más compleja y los diagramas suelen ser un poco más enrevesados.

(En una próxima anotación os hablaré de los llamados cuarto y quinto estado de la materia).

Referencias

Dirección para referencias

1. [...] Estados de la Materia (I). - Isótopos (I): Deuterio. - Isótopos (II): Tritio. - H3+. Química Cotidiana: - Química en una Piscina. - Dolor de Estómago. Noticias: - Cumbre contra el Cambio Climático. - La célula de combustible má [...]

   Referencia de El Número de Avogadro hace 3 años y 41 meses

Comentarios

1. Y aquí llegan mis primeras dudas, con la primera anotación temática, ya en su salsa. A saber:
   
   La primera duda que me surge es bastante absurda de por sí. Explicas los tres estados más conocidos de la materia, que se diferencian, por decirlo en un lenguaje -me temo- no científico, en la intensidad de la 'unión' entre los átomos. Así, un sólido tiene una unión fuerte, un líquido una unión más floja, y un gas... ¿tienen los átomos del gas algún tipo de unión? ¿Se expande un gas debido a esa falta de fuerzas que mantenga los átomos unidos? Y si es así, ¿por qué se expande exactamente? ¿Cabe pensar que, teniendo átomos en movimiento, estos puedan 'rebotar' los unos con los otros provocando dicha expansión? ¿Se mueven por iniciativa propia? ¿Es imaginable, al fin y al cabo, la existencia de un gas que no se expanda, simplemente porque sus átomos están 'quietos' y lo suficientemente separados entre ellos? ¿O es que un átomo no puede 'estarse quieto'? Probablemente sea una pregunta absurda, y su respuesta sea de un nivel más que elemental, pero ya sabes que la química y yo nunca hemos sido grandes amigos...
   
   La segunda duda espero que sea más normal. Por el diagrama de frase que muestras como ejemplo, y si este es extensible a cualquier materia, se podría decir que cualquier elemento puede pasar de un estado sólido a uno gaseoso, y viceversa. Recuerdo haber creído que esto sólo era posible para determinados elementos, pero tal vez me equivoque y en realidad sea sólo posible para determinadas circunstancias en cualquier elemento. ¿Es así?
   Y por último, y directamente relacionada con dicho diagrama... ¿Cómo 'es' el punto triple? Es un 'punto' en el que los tres estados pueden existir al mismo tiempo? ¿O es una 'mezcla' entre los tres estados? De ser así, es, claro, la primera vez que oigo algo semejante. ¿Es algo posible de conseguir? ¿O es un estado teórico de la materia? Y de ser real, el morbo me dice que pregunte... ¿qué aspecto tiene?
   
   Y así, después de dejar patente mi más absoluta ignorancia con respecto al mundo de la química, y temiendo haberme excedido, te dejo ya, ávido de respuestas cuando el tiempo te lo permita. Un saludo, profesor ;)

   Comentario de ark hace 3 años y 42 meses

2. Ninguna pregunta resulta absurda. Callarse es lo absurdo. Voy a tratar de contestar tus dudas.
   
   Gases:
   
   La naturaleza y comportamiento de los gases se puede explicar con la Teoría cinético-molecular de los gases que surgió a partir de las leyes elementales de los gases. Esta teoría postula:
   
   - Un gas está formado por un número muy grande de partículas muy pequeñas en movimiento constante, lineal y al azar.
   
   - La mayor parte del espacio es vacío ya que entre una molécula y otra hay mucha distancia.
   
   - Las moléculas pueden chocar entre ellas o con las paredes del recipiente. Estos choques se consideran elásticos.
   
   - Excepto en los choques no hay fuerzas que se ejercen entre las moléculas y a pesar de que con estos choques ganan o pierden energía en conjunto la energía es constante.
   
   Aunque no es del todo cierto (solo se cumpliría en gases con un comportamiento ideal) es la forma más sencilla y simple que existe y está de acuerdo con las leyes elementales de los gases (que se obtuvieron de forma empírica).
   
   Cambios de Estado:
   
   Por tu pregunta creo que te refieres a pasar directamente de sólido a gas (lo conocido como sublimación). Yo en mi ejemplo hablaba de pasar gradualmente de sólido a líquido y de este a gas. Pero, efectivamente, si sometemos la sustancia a las condiciones adecuadas podríamos efectuar un paso directo.
   
   Fijémonos en el agua. Si partes de P y bajas mucho la presión, el sólido pasará directamente a gas (he aquí la sublimación). De la misma forma si tenemos este hielo a una baja presión y calentamos podemos pasar directamente a gas.
   
   No me atrevería a decir todas, pero una gran cantidad de compuestos permiten, bajo las condiciones adecuadas, pasar directamente de sólido a gas (y viceversa).
   
   Punto Triple:
   Efectivamente sí es un estado en el que coexisten los tres estados de la materia. Y sí que es posible conseguirlo. Solo tienes que poner la sustancia en las condiciones adecuadas para obtener el punto triple. Así pues (mira el gráfico del CO₂), si tienes CO₂ y lo pones a una presión de 5.1 atmósferas y a -56.7 grados centígrados obtendrás CO₂ en los tres estados coexistiendo. Igualmente si tienes un recipiente con agua y la sometes a unas condiciones de 0.01 grados centígrados y 4.56 mmHg (unas 0.006 atmósferas) tendrás agua en los tres estados. Su aspecto será algo así.
   
   Obviamente estas condiciones son muy difíciles de alcanzar si no dispones de un laboratorio potente pero algo puedes hacer. Pon agua en un cazo y cuando comience a hervir echa unos cubitos de hielo. Durante un periodo de tiempo tendrás agua en los tres estados: el hielo, el agua y el vapor de agua que se está produciendo.
   
   Espero que esta explicación te haya sido de alguna ayuda y si tienes alguna duda más o no he respondido a algo satisfactoriamente no dudes en preguntármelo.

   Comentario de Gauss hace 3 años y 42 meses

3. Guau!! Creo que a este blog me voy a viciar... :-P Este post me ha parecido muy interesantes, sobre eso del punto en el que los tres estados se encuentran en equilibrio... a ver si lo consigo con mi laboratorio improvisado en la cocina ;-P

   Comentario de Sxim hace 3 años y 41 meses

4. Oh! Gracias! Espero no defraudarte con las próximas anotaciones. Bienvenido!

   Comentario de Gauss hace 3 años y 41 meses

5. ahi no dice ni hablan sobre el cuarto nie el quinto estado de la materia

   Comentario de cesar hace 3 años y 39 meses

6. muy interesante lo que dijistes pero no incluistes el cuarto ni el quinto estado de la materia

   Comentario de cesar hace 3 años y 39 meses

7. hola me parece muy interesante lo que publicaste, pero me gustaría que publicaras acerca de el 4to y 5to estado de la materia y si sabes algo más sobre el sexto estado también ok bye.

   Comentario de yazmin hace 3 años y 39 meses

8. quiciera saber acerca de la comductibilidad delos gases porfis

   Comentario de joel hace 3 años y 38 meses

9. es excelente este tema sigan asi felicitaciones

   Comentario de geraldyn meza hace 3 años y 38 meses

10. informacion de cuarto y quinto estado de la materia

    Comentario de elena hace 2 años y 36 meses

11. tu pagina es una mierda busca algo que hacer como buscar una mujer y follar

    Comentario de luis alberto lopez galeana hace 2 años y 35 meses

12. excelente labor, saludos

    Comentario de guillermo zamora reyes hace 2 años y 34 meses

13. necesito informacion de de los diagramas d fase mas explicito no entendi exactament soy alumna del 1er semestre de quimik y m gustaria tener esa informacion

    Comentario de nkk hace 2 años y 27 meses