Objetivos

• Describir la materia en estado sólido. • Conocer las propiedades del estado de la materia líquida • Identificar las propiedades de los gases. • Describir lo que es un plasma. • Explicar la relación entre la energía y los estados de la materia.

Introducción

Los estados de la materia son las diferentes formas en que puede existir la materia. Observa la siguiente figura, en ella se representan los tres estados del agua: sólido (icebergs), líquido (agua del océano) y gas (vapor de agua en el aire). En los tres estados, el agua sigue siendo agua, tiene la misma composición química y las mismas propiedades químicas. Eso es debido a que el estado de la materia es una propiedad física.

Esta imagen se representa el agua en estado sólido, líquido y gaseoso. ¿Dónde está el agua en estado gaseoso en la foto?

¿De qué manera los sólidos, los líquidos y los gases se diferencian? Sus propiedades se comparan en la siguiente figura:

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Estos tres estados de la materia son comunes en la Tierra. ¿Cuáles son algunas sustancias que normalmente existen en cada uno de estos estados?

Sólidos

El hielo es un ejemplo de materia sólida. Un sólido es la materia que tiene un volumen fijo y una forma fija. En la siguiente figura se muestran ejemplos de la materia que son normalmente sólidos en condiciones de la Tierra. En la figura, la sal y la celulosa son ejemplos de sólidos cristalinos. Las partículas de sólidos cristalinos están dispuestos en un patrón repetitivo regular. Los filetes y la cera de la vela son ejemplos de sólidos amorfos ("sin forma"). Sus partículas no tienen ningún patrón definido.

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Líquidos

El agua del océano es un ejemplo de un líquido. Un líquido es la materia que tiene un volumen fijo pero no una forma fija, por ejemplo, un líquido toma la forma de su recipiente. Si el volumen de un líquido es menor que el volumen de su contenedor, la superficie superior se expone al aire, como el aceite de las botellas en la siguiente figura.

Cada botella contiene la misma cantidad de aceite. ¿Cómo se describiría la forma del aceite en cada botella?

Dos propiedades interesantes de los líquidos son: la tensión superficial y la viscosidad.

• La tensión superficial es una fuerza que tira de las partículas en la superficie expuesta de un líquido hacia otras partículas líquidas. La tensión superficial explica por qué el agua forma gotas, como los de la siguiente figura.

• La viscosidad es la resistencia de un líquido que fluye. Los líquidos más espesos son más viscosos que los líquidos más delgados. Por ejemplo, la miel en la siguiente figura es más viscosa que el vinagre.

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Estas imágenes ilustran la tensión superficial y la viscosidad de los líquidos.

Gases

El vapor de agua es un ejemplo de un gas. Un gas es la materia que no tiene ni un volumen fijo ni una forma fija. En lugar de ello, un gas toma tanto el volumen y la forma de su envase. Se extiende para ocupar todo el espacio disponible. Puedes ver un ejemplo en la figura a continuación.

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Cuando se agrega aire a una llanta de bicicleta, se agrega sólo a través de una pequeña abertura. Pero el aire se propaga inmediatamente por toda la llanta.

Plasmas

Usted probablemente está menos familiarizado con los plasmas que con los sólidos, los líquidos y los gases. Sin embargo, la mayor parte del universo se compone de plasma. El plasma es un estado de la materia que se asemeja a un gas, pero tiene ciertas propiedades que el gas no tiene. Al igual que un gas, el plasma carece de un volumen fijo y de unaforma fija. A diferencia de un gas, el plasma puede conducir la electricidad y responder al magnetismo. Eso es porque el plasma contiene partículas cargadas, llamadas iones. Esto le da al plasma otras propiedades interesantes. Por ejemplo, se ilumina con luz.

¿Dónde puede encontrar plasmas? Dos ejemplos se muestran en la figura a continuación. El sol y otras estrellas se componen de plasma. Los plasmas también se encuentran naturalmente en los rayos y las auroras polares (luces del norte y del sur). Los plasmas artificiales se encuentran en las luces fluorescentes, las pantallas de TV de plasma, y las bolas de plasma como el que abre este capítulo.

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Tanto las luces del norte (aurora borealis) y un televisor de plasma contienen materia en estado de plasma. ¿Qué otros plasmas se muestran en la imagen de la aurora boreal?

Energía y Materia

¿Por qué los diferentes estados de la materia tienen diferentes propiedades? Es debido a las diferencias de la energía a nivel de átomos y moléculas, las pequeñas partículas que componen la materia.

Energía

La energía se define como la capacidad de causar cambios en la materia. Usted puede cambiar la energía de una forma a otra cuando levanta el brazo o da un paso. En cada caso, la energía se utiliza para mover la materia. La energía de la materia en movimiento se llama energía cinética .

Teoría cinética de la materia

Las partículas que componen la materia están también en constante movimiento, tienen energía cinética. La teoría de que toda la materia se compone de partículas en constante movimiento se llama la teoría cinética de la materia.

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La energía y los estados de la materia

Las partículas de la materia de la misma sustancia, tal como el mismo elemento, se sienten atraídas una por la otra. La fuerza de atracción tiende a tirar de las partículas para que se junten. Las partículas necesitan una gran cantidad de energía cinética para superar la fuerza de atracción y separarse. Es como un tira y afloja entre fuerzas opuestas. La energía cinética de las partículas individuales están a un lado, y la fuerza de atracción entre las diferentes partículas está en el otro lado. El resultado de la "guerra" depende del estado de la materia. Esto se ilustra de la siguiente manera:

Se necesita energía cinética para superar la fuerza de atracción entre las partículas de la misma sustancia.

• En los sólidos, las partículas no tienen suficiente energía cinética para superar la fuerza de atracción entre ellas. Las partículas están muy juntas y no pueden moverse. Lo único que pueden hacer es vibrar. Esto explica por qué los sólidos tienen un volumen fijo y forma.

• En los líquidos, las partículas tienen suficiente energía cinética como para superar parcialmente la fuerza de atracción entre ellos. Éstas pueden deslizarse una sobre la otra, pero no se despegan completamente. Esto explica por qué los líquidos pueden cambiar de forma, pero tienen un volumen fijo.

• En los gases, las partículas tienen una gran cantidad de energía cinética. Ellos pueden superar completamente la fuerza de atracción entre ellos y separarse. Esto explica por qué los gases no tienen ni un volumen fijo ni una forma fija.

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Resumen:

• Un sólido es la materia que tiene un volumen fijo y una forma fija. • Un líquido es la materia que tiene un volumen fijo pero no una forma

fija. • Un gas es la materia que no tiene ni un volumen fijo ni una forma

fija. • Al igual que un gas, el plasma carece de un volumen fijo y la forma.

A diferencia de un gas, si puede conducir la electricidad y responder al magnetismo.

• El estado de la materia depende de la energía cinética de las partículas de la materia.

Ejercicios:

1. ¿Cuáles son los estados de la materia? 2. ¿Cuáles son las propiedades de los sólidos? 3. Indique las propiedades de los líquidos. 4. Describa las propiedades de los gases. 5. ¿Cómo se comparan los plasmas con los gases? 6. Aplique el concepto de tensión superficial para explicar por qué

la superficie del agua en el vaso que se muestra en la figura inferior se curva hacia arriba. ¿Por qué no se desborda el agua del vaso?

7. Explique la relación entre la energía y los estados de la materia.

Puntos a tener en cuenta

Usted leyó en esta lección que los gases se expanden para llenar su contenedor.

• ¿Qué pasa si el gas se viera obligado a expandirse en un recipiente más pequeño? ¿Sería encogería hasta llegar a la medida del recipiente?

¿Qué otras propiedades del gas podría cambiar si sus partículas se compactan más?

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