Como Cambia El Estado De La Materia

Como Cambia El Estado De La Materia

Estado de la materia

Estados de la materia son las distintas formas que los distintos fases de la materia asumir. Históricamente, la distinción se hace sobre la base de diferencias cualitativas en las propiedades a granel. Sólidos es el estado en el que la materia mantiene un volumen fijo y la forma; líquido es el estado en el que la materia mantiene un volumen fijo, pero se adapta a la forma de su recipiente, y de gas es el estado en el que la materia se expande para ocupar el volumen que está disponible.

Estados de la materia también se distinguen por la presión y la temperatura condiciones, la transición a otras etapas ya que las condiciones cambian a favor de su existencia, por ejemplo, las transiciones sólido a líquido con un aumento de la temperatura.

Más recientemente, las distinciones entre los estados se han basado en las diferencias de interrelaciones moleculares. Sólidos es el estado en el que las atracciones intermoleculares mantener las moléculas en las relaciones espaciales fijas. Líquido es el estado en el que las atracciones intermoleculares mantener las moléculas en las inmediaciones, pero no mantener las moléculas en las relaciones fijas. Gas es ese estado en el que las moléculas están relativamente separados y atracciones intermoleculares tienen relativamente poco efecto en sus movimientos respectivos. Plasma es un gas altamente ionizado que se produce a altas temperaturas. Las fuerzas intermoleculares creado por atracciones y repulsiones iónicos dan estas composiciones distintas propiedades, para las cuales se plasma la razón como un cuarto estado de la materia.[1][2]

Las formas de materia que no están compuestos de moléculas y están organizados por las diferentes fuerzas también se pueden considerar los diferentes estados de la materia. Condensado fermiónico y el plasma de quarks y gluones son algunos ejemplos.

Aunque el gas sólidos y líquidos son los estados más comunes de la materia en la Tierra, gran parte de la materia bariónica del universo es en forma de plasma caliente, tanto en lo enrarecido medio interestelar y tan denso estrellas.

Estados de la materia también puede definirse en términos de transiciones de fase. Una transición de fase indica un cambio en la estructura y se puede reconocer por un cambio abrupto en las propiedades. Según esta definición, un estado distinto de la materia es cualquier conjunto de Estados distinguirse de cualquier otro conjunto de estados por un fase de transición. El agua puede decirse que varios estados sólidos distintos. La aparición de la superconductividad se asocia a una transición de fase, por lo que hay superconductores estados. Del mismo modo, de cristal líquido los estados y ferromagnético los estados están marcados por las transiciones de fase y tienen propiedades distintivas.

Los tres estados clásicos

Sólidos Un sólido cristalino: resolución atómica de la imagen titanato de estroncio. átomos brillantes son Sr y más oscuras son Ti. Artículo principal: Sólidos

Las partículas (iones, átomos o moléculas) se envasan en estrecha colaboración. Las fuerzas entre las partículas son lo suficientemente fuertes para que las partículas no pueden moverse libremente, pero sólo pueden vibrar. Como resultado, un sólido tiene una forma estable, definido, y un volumen definido. Sólidos sólo pueden cambiar su forma por la fuerza, como cuando se rompe o se corta.

En sólidos cristalinos, Las partículas (átomos, moléculas o iones) se embalan en un orden regular, patrón de repetición. Hay muchos diferentes estructuras cristalinas, Y la misma sustancia puede tener más de una estructura (o en fase sólida). Por ejemplo, hierro tiene un centrada en el cuerpo cúbicos estructura a temperaturas inferiores a 912 ° C, y un centrada en las caras cúbicos estructura de entre 912 y 1394 ° C. Hielo tiene quince estructuras cristalinas conocidas, o quince fases sólidas que existen a diferentes temperaturas y presiones.[4]

Gafas y otros no-cristalino, sólidos amorfos sin de largo alcance para no térmica estados fundamentales de equilibrio, por lo que se describen a continuación como estados no clásica de la materia.

Los sólidos pueden ser transformados en líquidos por fusión, y los líquidos pueden ser transformados en sólidos por congelación. Los sólidos también puede cambiar directamente en gases a través del proceso de sublimación.

Líquido

Estructura de un líquido monoatómico clásica. Los átomos tienen muchos vecinos más cercanos en contacto, sin embargo, sin un orden de largo alcance está presente.

‎ Artículo principal: Líquido

Un líquido es un casi incompresible líquido que es capaz de adaptarse a la forma de su recipiente, pero conserva un volumen (casi) constante independiente de la presión. El volumen está definido si el la temperatura y la presión son constantes. Cuando un sólido se calienta por encima de su punto de fusión, Se convierte en líquido, ya que la presión es superior a la punto triple de la sustancia. Las fuerzas intermoleculares (o interatómicas o interiónicas) siguen siendo importantes, pero las moléculas tienen la energía suficiente para mover uno respecto al otro y la estructura es móvil. Esto significa que la forma de un líquido no es definitivo sino que se determina por su contenedor. El volumen suele ser mayor que la de los correspondientes sólidos, el agua excepción más conocida es, H2O. La temperatura más alta a la que un líquido dado puede existir es su temperatura crítica.

Gas

Un gas es un fluido compresible. No sólo un gas se ajustan a la forma de su recipiente, sino que también se expandirá para llenar el recipiente.

En un gas, las moléculas tienen suficiente la energía cinética de modo que el efecto de las fuerzas intermoleculares es pequeña (o cero para una de los gases ideales), Y la distancia típica entre moléculas vecinas es mucho mayor que el tamaño molecular. Un gas no tiene forma definida o el volumen, pero ocupa todo el recipiente en el que está confinado. Un líquido puede convertirse en un gas por calentamiento a presión constante a la punto de ebullición, O bien mediante la reducción de la presión a temperatura constante.

A temperaturas por debajo de su temperatura crítica, Un gas también se le llama de vapor, Y puede ser licuado por compresión sola, sin refrigeración. Un vapor puede existir en equilibrio con un líquido (o sólido), en cuyo caso la presión del gas es igual a la presión de vapor del líquido (o sólido).

Un fluido supercrítico (SCF) es un gas cuya temperatura y la presión están por encima de la temperatura crítica y presión crítica , respectivamente. En este estado, la distinción entre el líquido y el gas desaparece. Un fluido supercrítico tiene las propiedades físicas de un gas, pero su alta densidad confiere propiedades disolventes en algunos casos que dan lugar a aplicaciones útiles. Por ejemplo, dióxido de carbono supercrítico se utiliza para extracto cafeína en la fabricación de descafeinado café.[6]

No clásica estados

Vidrio

Atoms of Si and O; each atom has the same number of bonds, but the overall arrangement of the atoms is random. Regular hexagonal pattern of Si and O atoms, with a Si atom at each corner and the O atoms at the centre of each side. Representación esquemática de una forma aleatoria de la red cristalina (izquierda) y la red cristalina ordenada (a la derecha) de la composición química idéntica.

Vidrio es un material sólido no cristalino que exhibe una de transición vítrea cuando se calienta hacia el estado líquido. Los anteojos pueden ser de muy diferentes clases de materiales: redes inorgánicos (como el cristal de la ventana, hecha de silicato aditivos más), aleaciones metálicas, iónicas se derrite, las soluciones acuosas, líquidos moleculares y polímeros. Termodinámicamente, un vaso se encuentra en una estado metaestable con respecto a su contraparte cristalina. El tipo de cambio, sin embargo, es prácticamente cero.

Cristales con algún grado de trastorno

Un cristal de plástico es un sólido molecular con el orden posicional de largo alcance, pero con las moléculas constituyentes conservar la libertad de rotación, en un vidrio orientacional este grado de libertad es congelado en una apagado desordenada del Estado.

Del mismo modo, en un giro de vidrio trastorno magnética se congela.

estados de cristal líquido

estados de cristal líquido tiene propiedades intermedias entre líquidos y sólidos ordenados móviles. Por lo general, son capaces de fluir como un orden de largo alcance líquido, pero que exhiben. Por ejemplo, la fase nemática se compone de largas moléculas en forma de bastoncillos, tales como para-azoxyanisole, Que es nemático en el rango de temperatura de 118–136 º C.[7] En este estado, el flujo de moléculas como en un líquido, pero todos apuntan en la misma dirección (dentro de cada dominio) y no puede girar libremente.

Otros tipos de cristales líquidos se describen en el artículo principal sobre estos estados. Varios tipos tienen importancia tecnológica, por ejemplo, en pantallas de cristal líquido.

Magnéticamente ordenada

De metales de transición átomos tienen a menudo momentos magnéticos debido a la red vuelta de los electrones que quedan sin pareja y que no forman enlaces químicos. En algunos sólidos los momentos magnéticos de diferentes átomos están ordenados y pueden formar un material ferromagnético, antiferromagnet uno o ferrimagnet uno.

En una ferromagneto-Por ejemplo, sólidos hierroEl momento magnético de cada átomo se alinea en la misma dirección (dentro de un dominio magnético). Si los dominios están alineados, el sólido es un permanente imán, Que es magnético, incluso en ausencia de una externa campo magnético. La magnetización desaparece cuando el imán se calienta a la Punto de Curie, Que para el hierro es de 768 ° C.

Un antiferromagnet cuenta con dos redes de los momentos magnéticos iguales y opuestas que se anulan entre sí, de modo que la magnetización neto es cero. Por ejemplo, en níquel (II) óxido de (NiO), la mitad de los átomos de níquel tienen momentos alineadas en una dirección y la otra mitad en la dirección opuesta.

En una ferrimagnet, Las dos redes de los momentos magnéticos son opuestos, pero desigual, de modo que la cancelación es incompleta y hay un no-cero, la magnetización neta. Un ejemplo es magnetita (Fe 3 O 4?), Que contiene Fe2+ y Fe3+ iones a los momentos magnéticos.

los estados de baja temperatura

Superfluidos

Cerca del cero absoluto, algunos líquidos formar un estado líquido segundo descrito como superfluido porque tiene cero viscosidad (O infinito fluidez, es decir, que fluye sin fricción). Esto fue descubierto en 1937 por helio que forma un superfluido por debajo de la lambda temperatura de 2,17 K. En este estado se tratará de “subir” fuera de su contenedor.[8] También tiene infinitas conductividad térmica de modo que no gradiente de temperatura se pueden formar en un superfluido. Colocación de un líquido en un envase super gira dará lugar a vórtices cuantizados.

Estas propiedades se explican por la teoría de que el isótopo común de helio-4 forma un Bose-Einstein (Véase la sección siguiente) en el estado superfluido. Más recientemente, Condensado fermiónico superfluidos se han formado a temperaturas aún más bajas por el raro isótopo de helio-3 y por de litio-6.[9]

Condensados Bose-Einstein

En 1924, Albert Einstein y Satyendra Nath Bose predijo que el “condensado Bose-Einstein”, a veces referido como el quinto estado de la materia.

En la fase de gas, el condensado Bose-Einstein mantuvo una predicción teórica no verificada por muchos años. En 1995 los grupos de investigación de Eric Cornell y Carl Wieman, De JILA en el Universidad de Colorado en Boulder, Produjo el primer condensado como experimentalmente. Un condensado Bose-Einstein es “frío” de un sólido. Puede ocurrir cuando los átomos tienen muy similares (o el mismo) niveles cuánticos, Muy a temperaturas cercanas a el cero absoluto (−273,15 ° C).

Los condensados fermiónicos

Un condensado fermiónico es similar a la de Bose-Einstein, pero compuesto por fermiones. La Principio de exclusión de Pauli evita que los fermiones de entrar en el mismo estado cuántico, pero un par de fermiones pueden comportarse como un bosón, y varios pares como puede entrar en el mismo estado cuántico, sin restricciones. [edición] Moléculas de Rydberg

Uno de los estados metaestables de plasma fuertemente no-ideal es Rydberg cuestión, Que forma a la condensación de átomos excitados. Estos átomos también puede convertirse en iones y electrones si llegan a una cierta temperatura. En abril de 2009, Naturaleza informó de la creación de moléculas de Rydberg de un átomo Rydberg y un del estado fundamental átomo,[10] confirmando que este estado de la materia podría existir.[11] El experimento se realizó con ultrafríos rubidio los átomos.

Hall cuántico estados

Un Hall cuántico estado da lugar a la tensión de Hall cuantizado medida en la dirección perpendicular al flujo de corriente. Un Hall de espín cuántico estado es una fase teórica que puede allanar el camino para el desarrollo de dispositivos electrónicos que disipan menos energía y generan menos calor. Esta es una derivación del estado Hall cuántico de la materia. [edición] materia extraña Artículo principal: materia extraña

materia extraña es un tipo de materia de quarks que puedan existir dentro de algunas estrellas de neutrones cerca de la Tolman-Oppenheimer-Volkoff límite (Aproximadamente 2–3 masas solares). Puede ser estable en los estados de menor energía una vez formado.

Estados de alta energía

Plasma (gas ionizado)

Plasmas y gases ionizados puede existir a temperaturas a partir de varios miles de grados centígrados, cuando estén constituidos por partículas cargadas libre, generalmente en número igual, como los iones y electrones. Plasma, como el gas, es un estado de la materia que no tiene forma definida o el volumen. A diferencia de los gases, plasmas pueden auto-generar campos magnéticos y corrientes eléctricas, y responder con fuerza y colectivamente a las partículas forces.The electromagnéticas que forman los plasmas tienen cargas eléctricas, por lo que plasma puede conducir la electricidad. Dos ejemplos de plasma son el aire cargado producido por rayo, Y un estrellas como el nuestro sol.

Como un gas se calienta, los electrones comienzan a salir de los átomos, lo que resulta en la presencia de electrones libres, que no están vinculados a un átomo o molécula, y los iones, que son especies químicas que contienen el número desigual de electrones y protones, y por lo tanto poseen una carga eléctrica. Las cargas eléctricas libres de hacer el plasma eléctricamente conductor a fin de que responde fuertemente a los campos electromagnéticos. A temperaturas muy altas, como los presentes en las estrellas, se supone que, básicamente, todos los electrones son “libres”, y que un plasma de muy alta energía es esencialmente nadar desnudo núcleos en un mar de electrones. El plasma es el estado más común de la no-la materia oscura en el universo.

Un plasma puede ser considerado como un gas de partículas altamente ionizados, pero las fuerzas interiónicas poderoso conducen a propiedades muy diferentes, por lo que se suele considerar como una fase o estado de la materia.

Plasma de quarks y gluones

plasma de quark-gluón es una fase en la que los quarks ser libre y capaz de moverse de forma independiente (en vez de estar perpetuamente ligado en partículas) en un mar de gluones (Partículas subatómicas que transmiten la la fuerza fuerte que une los quarks), lo que es similar a las moléculas en átomos de división. Este estado puede ser posible en breve aceleradores de partículas, Y permite a los científicos para observar las propiedades de los quarks individuales, y no sólo teorizar. Véase también Extrañeza de producción.

Débilmente simétrica respecto: hasta 10−12 segundos después del Big Bang, las fuerzas fuerte, débil y electromagnética se unificaron. cuestión enérgicamente simétrica: Hasta 10−36 segundos después de la Big Bang la densidad de energía del universo era tan alta que el cuatro fuerzas de la naturaleza — fuerte, débil, electromagnéticos, Y gravitacional - Se cree que se han unificado en una sola fuerza. A medida que el universo se expandía, la temperatura y la densidad se redujo y se separa la fuerza de gravedad, un proceso llamado simetría de última hora.

plasma de quark-gluón fue descubierto en CERN en el año 2000.

Muy estados de alta energía

La singularidad gravitacional predicho por la relatividad general de existir en el centro de un agujero negro es no una fase de la materia;[cita requerida] no es un objeto material en absoluto (a pesar de la masa-energía de la materia ha contribuido a su creación), sino una región que las leyes conocidas de la física son inadecuados para describir.[cita requerida] Teóricamente, una singularidad cuántica es unidimensional, o posiblemente una de dimensión cero, punto en el espacio donde la presión debida a la atracción gravitatoria es tan elevada que toda la materia en el centro del agujero negro se comprime en un punto de cero volumen y densidad infinita.

Otros Estados propusieron

materia degenerada

Bajo la presión muy alta, la materia ordinaria se somete a una transición a una serie de estados exóticos de la materia conocidos colectivamente como materia degenerada. En estas condiciones, la estructura de la materia con el apoyo de la Principio de exclusión de Pauli. Estos son de gran interés para astrofísica, Porque estas condiciones de alta presión se cree que existen dentro de estrellas que hayan agotado su fusión nuclear “Combustible”, como las enanas blancas y estrellas de neutrones.

Electrón-materia degenerada se encuentra dentro de enana blanca estrellas. Los electrones permanecen unidos a átomos, pero son capaces de transferir a los átomos adyacentes. Neutrones-materia degenerada se encuentra en estrellas de neutrones. presión Latino gravitatoria comprime los átomos con tanta fuerza que los electrones se ven obligados a combinar con los protones a través de la desintegración beta inversa, dando lugar a un conglomerado superdensa de neutrones. (Normalmente neutrones libres fuera de un núcleo atómico se decadencia con una vida media de poco menos de 15 minutos, pero en una estrella de neutrones, como en el núcleo de un átomo, otros efectos de regularización de los neutrones.)

Supersólido

Un supersólido es un material ordenados espacialmente (es decir, un sólido o un cristal) con propiedades superfluido. Al igual que en un superfluido, un supersólido es capaz de moverse sin fricción, pero conserva una forma rígida. Aunque un supersólido es un sólido, presenta propiedades características tan diversas de otros sólidos que muchos argumentan que es otro estado de la materia.[12]

String neto líquido

En un líquido de cadena-net, los átomos tienen arreglo aparentemente inestable, como un líquido, pero siguen siendo coherentes en el patrón general, como un sólido. Cuando en un estado sólido normal, los átomos de la materia se alinean en un patrón de rejilla, de modo que el spin de un electrón es lo opuesto a la rotación de todos los electrones tocarlo. Pero en un líquido de cadena-net, los átomos se arreglan en un patrón que requieren algunos electrones de tener vecinos con el mismo giro. Esto da lugar a curiosas propiedades, así como el apoyo a algunas propuestas inusual acerca de las condiciones fundamentales del universo mismo.

Supercristal

Un supercristal es una fase de la materia que se caracteriza, al mismo tiempo por superfluidez y una estructura amorfa congelados.

State of matter. (2011, January 14). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 21:29, January 18, 2011, from http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=State_of_matter&oldid=407765808

Estado de la materia

Concepto Físico

En Física la materia es aquello de lo que están hechos los objetos que constituyen el Universo observable, lo que en común tienen en su composición. La materia tiene dos propiedades que juntas la caracterizan, y éstas son que ocupa un lugar en el espacio y que tiene masa. Junto con la energía, de la que puede considerarse un caso, la materia forma la base de los fenómenos objetivos. Como explicó Einstein, la materia y la energía son interconvertibles, de tal modo que podríamos decir, en sus propias palabras, que la materia es energía superconcentrada y que la energía es materia superdiluida.

La materia y sus propiedades

La materia es todo lo que existe en el Universo y está compuesto por partículas elementales.

La materia se organiza jerárquicamente en varios niveles. El nivel más complejo es la agrupación en moléculas y éstas a su vez son agrupaciones de átomos.

Los constituyentes de los átomos, que sería el siguiente nivel son:

Protones: partículas cargadas de electricidad positiva.

Electrones: partículas cargadas de electricidad negativa.

Neutrones: partículas sin carga eléctrica.

A partir de aquí hay todo un conjunto de partículas subatómicas que acaban finalmente en los quarks o constituyentes últimos de la materia.

Estados de agregación

Comúnmente la materia se presenta en uno de cuatro estados de agregación molecular: sólido, líquido, gaseoso y plasma. De acuerdo con la teoría cinética molecular la materia se encuentra formada por moléculas y éstas se encuentran animadas de movimiento, el cual cambia constantemente de dirección y velocidad cuando chocan o bajo el influjo de otras interacciones físicas. Debido a este movimiento presentan energía cinética que tiende a separarlas, pero también tienen una energía potencial que tiende a juntarlas. Por lo tanto el estado físico de una sustancia puede ser:

Sólido: si la energía cinética es menor que la potencial.

Líquido: si la energía cinética y potencial son aproximadamente iguales.

Gaseoso:si la energía cinética es mayor que la potencial.

Fuente: Como cambia la Materia


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