Estados de la materia
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Este artículo puede ser demasiado técnico para la mayoría de los lectores. Por favor, ayude a mejorarlo para que sea comprensible para los no expertos, sin eliminar los detalles técnicos. (Marzo 2022) (Aprende cómo y cuándo eliminar este mensaje de la plantilla)Arriba: Los rayos y las luces de neón son generadores habituales de plasma. Abajo a la izquierda: Un globo de plasma, que ilustra algunos de los fenómenos de plasma más complejos, incluida la filamentación. Abajo a la derecha: Una estela de plasma del transbordador espacial Atlantis durante su reentrada en la atmósfera terrestre, vista desde la Estación Espacial Internacional.
El plasma (del griego antiguo πλάσμα (plásma) ‘sustancia moldeable’)[1] es uno de los cuatro estados fundamentales de la materia. Contiene una parte importante de partículas cargadas: iones y/o electrones. La presencia de estas partículas cargadas es lo que principalmente diferencia al plasma de los otros estados fundamentales de la materia.
La presencia de partículas cargadas hace que el plasma sea eléctricamente conductor, con la dinámica de las partículas individuales y el movimiento macroscópico del plasma gobernado por campos electromagnéticos colectivos y muy sensible a los campos aplicados externamente[7] La respuesta del plasma a los campos electromagnéticos se utiliza en muchos dispositivos tecnológicos modernos, como los televisores de plasma o el grabado con plasma[8].
¿Qué es el segundo estado de la materia?
A temperaturas muy bajas, prácticamente no hay movimiento térmico que impida que las moléculas se peguen. Y se pegan debido a diversas fuerzas (la más sencilla: los iones de carga opuesta se atraen electrostáticamente). Si se imagina esto con algo parecido a un montón de pequeños imanes, es bastante evidente que se obtiene una fase sólida, es decir, una estructura rígida en la que nada se mueve.
Ahora bien, si aumentas la temperatura, es como si hicieras vibrar a fondo tu escultura de imanes. Como estos enlaces no son infinitamente fuertes, algunos de ellos se soltarán de vez en cuando, permitiendo que el conjunto se deforme sin llegar a deshacerse. Esto es algo así como un estado líquido.
Sin embargo, a las moléculas pequeñas y robustas o a los átomos individuales no les molestan tanto las altas temperaturas. Tampoco tienen fuerzas tan fuertes entre las moléculas. Así que, si se agitan con la suficiente fuerza, simplemente empiezan a burbujear de forma independiente. Eso es un gas entonces.
Ahora bien, la pregunta de por qué un material concreto se encuentra en un estado concreto a una temperatura y presión determinadas no es fácil de responder. Se necesita la física estadística para predecir el comportamiento. Las cantidades cruciales son la energía y la entropía. Básicamente, el movimiento térmico aleatorio tiende a causar desorden (que se cuantifica con el aumento de la entropía). A una temperatura determinada hay una cantidad correspondiente de energía disponible para superar la fuerza de atracción, y dentro de ese presupuesto energético el sistema se aproxima al estado con mayor entropía. Un sólido tiene poca entropía, pero si no hay mucha energía disponible es el único estado factible. Un líquido tiene mayor entropía pero requiere algo de energía para despegar temporalmente las moléculas. Un gas requiere suficiente energía para mantener las partículas separadas todo el tiempo, pero está completamente desordenado y, por tanto, tiene mucha entropía.
Cuarto estado de la materia
El agua puede adoptar muchas formas. A bajas temperaturas (por debajo de \\text{o} \text{C}), es un sólido. A temperaturas “normales” (entre \\N(0^text{o} \NC) y \N(100^text{o} \NC)), es un líquido. Mientras que a temperaturas superiores a \\\️(100^text{o} \️), el agua es un gas (vapor). El estado en el que se encuentra el agua depende de la temperatura. Cada estado (sólido, líquido y gas) tiene su propio conjunto de propiedades físicas. La materia suele existir en uno de estos tres estados: sólido, líquido o gaseoso.
Figura \ (\PageIndex{1}): La materia suele clasificarse en tres estados clásicos, a los que a veces se añade el plasma como cuarto estado. De izquierda a derecha: cuarzo (sólido), agua (líquido), dióxido de nitrógeno (gas).
El estado que presenta una determinada sustancia es también una propiedad física. Algunas sustancias existen como gases a temperatura ambiente (oxígeno y dióxido de carbono), mientras que otras, como el agua y el mercurio metálico, existen como líquidos. La mayoría de los metales existen como sólidos a temperatura ambiente. Todas las sustancias pueden existir en cualquiera de estos tres estados. La figura \(\PageIndex{2}\Nmuestra las diferencias entre sólidos, líquidos y gases a nivel molecular. Un sólido tiene un volumen y una forma definidos, un líquido tiene un volumen definido pero no una forma definida, y un gas no tiene ni un volumen ni una forma definidos.
Estado plasmático de la materia
La gente utiliza el agua a diario para hidratarse, para limpiarse y para cocinar. Como la gente utiliza el agua con tanta frecuencia, es fácil olvidar lo importante y única que es. El agua es tan común que constituye un excelente caso de estudio para aprender las propiedades de la materia.
El agua es un compuesto formado por átomos de dos elementos, hidrógeno y oxígeno, unidos entre sí. Una molécula de agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O). Esta relación se expresa en la fórmula química del agua, H2O (Fig. 1.4). Una fórmula química muestra el número de átomos de cada elemento que se combinan para formar una molécula de ese compuesto. Por sí misma, el agua se considera una sustancia pura. Sin embargo, el agua de mar es una mezcla de muchas sustancias, la más abundante de las cuales es el agua.
Existen cuatro estados fundamentales de la materia: sólido, líquido, gas y plasma. En la Tierra, el sólido, el líquido y el gas son los estados más comunes de la materia. El agua no sólo es la sustancia más común en la Tierra, sino que también es la única sustancia que aparece comúnmente como sólido, líquido y gas dentro del rango normal de temperaturas de la Tierra. Esto hace que el agua sea un buen modelo para hablar de los estados sólido, líquido y gaseoso de la materia.
