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Estados de agregación de la materia

Estados de agregación de la materia

Hielo, agua y vapor: tres formas diferentes de la misma molécula, H2O. A pesar de tener la misma fórmula química y de estar hechas exactamente de los mismos elementos, estas tres especies tienen estructuras, fuerzas intermoleculares y características muy diferentes. Son grandes ejemplos de estados de la materia.

  • Este artículo trata de los estados de la materia en la química física.
  • A continuación, estudiaremos los cambios de estado de la materia.
  • Empezaremos definiendo los estados de la materia antes de ver los cuatro principales estados de la materia: sólido, líquido, gas y plasma.
  • También investigaremos los gases ideales y nos adentraremos en el plasma.
  • Por último, veremos algunos ejemplos de estados de la materia.

Qué es la materia

Los estados de la materia son una de las distintas formas físicas en las que puede existir la materia.

En 1742, el astrónomo sueco Anders Celsius inventó una forma de medir la temperatura. Se dio cuenta de que el punto de fusión del agua era casi totalmente independiente de su presión, y designó a este punto como 100 en su nueva escala. Por otro lado, demostró que el punto de ebullición del agua sí dependía de su presión, y designó su temperatura de ebullición a nivel del mar como 0. En los años siguientes, varios científicos invirtieron su sistema hasta llegar a la escala familiar que conocemos hoy: la escala Celsius. Ahora, el 0 indica el punto de fusión del agua, mientras que el 100 indica su punto de ebullición a nivel del mar, y las unidades se denominan grados Celsius, °C. A diferencia de otras escalas de temperatura, como la escala Fahrenheit, se basa en estados de la materia definidos y medibles.

Tipos de estados

Hay cuatro estados principales de la materia. Se caracterizan por su estructura, la disposición de las partículas, las fuerzas intermoleculares y la energía relativa, y pueden representarse mediante el modelo de partículas, en el que estas se muestran como esferas. Estos cuatro estados son

  • Sólido
  • Líquido
  • Gas
  • Plasma

Vamos a analizar los cuatro, empezando por los sólidos.

Es posible que veas el término "fase" al hablar de los estados de la materia. Aunque estos términos son similares, tienen significados ligeramente diferentes. Una fase se define como una región químicamente distinta y físicamente uniforme de una especie. Esto significa que cada fase distinta tiene la misma estructura, densidad, índice de refracción y magnetización. Los estados de la materia son todos ejemplos de fases, pero se pueden obtener diferentes fases dentro de los estados de la materia. Por ejemplo, el hielo sólido tiene muchas fases diferentes, diferenciadas por sus estructuras cristalinas únicas.

Estado sólido de la materia

El primer estado de la materia que exploraremos hoy es el sólido. En los sólidos, las partículas se mantienen unidas muy estrechamente en un patrón regular. Existen fuerzas intermoleculares muy fuertes entre las partículas y, por ello, estas no pueden moverse libremente, sino que vibran alrededor de un punto fijo. Esto significa que los sólidos mantienen una forma y un volumen determinado, sea cual sea su recipiente. Las partículas también tienen una energía baja.

En el artículo "Estructuras reticulares" verás diferentes tipos de sólidos. Allí podrás comparar las estructuras reticulares moleculares, covalentes, iónicas y metálicas y sus propiedades.

Estado líquido de la materia

Si se calienta un sólido, acaba convirtiéndose en un líquido. En los líquidos, las partículas están colocados al azar. Siguen manteniéndose unidas por fuerzas intermoleculares, pero estas fuerzas se ven parcialmente superadas y las partículas pueden moverse más libremente. Esto significa que los líquidos fluyen para adoptar la forma de su recipiente. Sin embargo, siguen teniendo un volumen definido. Como hemos calentado las partículas, tienen más energía que las de un sólido.

¿Qué son los gases?

El tercer estado principal de la materia es el gas. Se produce cuando se calienta un líquido a una temperatura aún mayor. En los gases, las partículas están en distribuidos al azar y están muy separadas. No hay (casi) fuerzas intermoleculares entre las partículas, lo que significa que se mueven libremente en todas las direcciones a gran velocidad y tienen mucha energía. Los gases siempre llenan sus recipientes y no tienen un volumen fijo, sino que pueden comprimirse o expandirse.

Gases ideales

Un gas ideal es un gas teórico que no tiene fuerzas intermoleculares ni interacciones entre las moléculas. Se supone que las moléculas son partículas sin volumen y que no se pierde energía cinética cuando chocan.

Los gases ideales son útiles porque obedecen una determinada ley que relaciona la presión (P), la temperatura (T) y el volumen (V), donde PV = nRT. Aquí, n representa el número de moles del gas, y R representa la constante universal de los gases, un valor igual a 0,082 . Esto se conoce como la ley de los gases ideales, y significa que un mol de cualquier gas ideal ocupa el mismo volumen a la misma temperatura y presión. Aunque ningún gas es perfectamente ideal, muchos gases se acercan lo suficiente como para que esta ley se utilice en los cálculos químicos.

Los gases que no se comportan exactamente como gases ideales se conocen como gases reales. Tenemos un artículo sobre los gases ideales y reales que te ayudará a comparar ambos. Consulta "Gases ideales y reales" para saber más. Y si quieres probar a hacer cálculos con la ley de los gases ideales, dirígete a "Ley de los gases ideales" para ver muchos ejemplos prácticos.

El estado de la materia del plasma

Hay un cuarto estado de la materia que es más común de lo que crees. De hecho, desempeña un papel en muchos objetos y fenómenos cotidianos. Este estado se llama plasma.

Al igual que el calentamiento de un líquido lo convierte en gas, el calentamiento de un gas lo convierte en plasma. El plasma también puede crearse utilizando un láser, microondas o cualquier campo magnético. Al igual que los gases, las partículas del plasma están dispuestas al azar y muy separadas. No tienen una forma ni un volumen fijos y se expanden para llenar su contenedor. Sin embargo, a diferencia de los gases, el plasma está formado por partículas cargadas. Cuando se calienta un gas a una temperatura suficientemente alta (o se lleva a cabo uno de los otros métodos de creación de plasma), se separan algunas de las partículas en electrones cargados negativamente y iones cargados positivamente. Estos electrones se denominan electrones libres. Estas partículas cargadas hacen que el plasma pueda conducir la electricidad. Si sólo algunas de las partículas del plasma están ionizadas, se dice que el plasma está parcialmente ionizado. Pero si todas las partículas están ionizadas, se dice que el plasma está totalmente ionizado.

Encontrarás plasma en las estrellas, las luces de neón, los televisores de plasma y los rayos.

Comparación de los estados de la materia

Para ayudarte a estudiar, hemos creado una práctica tabla comparando los estados de la materia:

Estado de materia

Sólido

Líquido

Gas

Plasma

Diagrama

Distribución

Estrecha

Cercanos

Alejados

Alejados

Fuerzas Intermoleculares

Fuerte

Débil

Ninguna

Ninguna

Movimiento y velocidad

Vibran

Aleatorio

Rápido y aleatorio

Rápido y aleatorio

Forma

Fija

Variable

Variable

Variable

Volumen

Fija

Fija

Variable

Variable

Tabla 1. Comparación de los cuatro principales estados de la materia. Fuente: StudySmarter Original

Cambios en los estados de la materia

Ahora que sabemos cuáles son los diferentes estados de la materia, vamos a ver los cambios de estado de la materia. Como su nombre indica, se trata de pasar de un estado de la materia a otro.

Si se calienta un sólido, su temperatura aumenta. Sin embargo, en algún momento, su temperatura deja de aumentar. En su lugar, el sólido comienza a fundirse. La energía térmica suministrada se utiliza para aumentar la energía cinética de las partículas y superar las fuerzas intermoleculares que las mantienen unidas. Este punto se conoce como punto de fusión de la sustancia.

Una vez que toda la sustancia se ha fundido, su temperatura vuelve a aumentar. Pero, al igual que antes, llega a una meseta en un punto determinado. La sustancia empieza a hervir. Una vez más, la energía térmica suministrada se utiliza para aumentar aún más la energía cinética de las partículas y superar las fuerzas intermoleculares restantes entre ellas. Esto se conoce como el punto de ebullición de la sustancia. Su temperatura se mantiene igual hasta que toda la sustancia se ha convertido en gas; solo entonces vuelve a aumentar.

Lo contrario también es cierto. Si tomas un gas y lo enfrías, acaba condensándose en un líquido. Si se enfría aún más, se congela y se convierte en un sólido. Algunos sólidos pueden pasar directamente de sólido a gas, saltándose por completo el estado líquido. Esto se conoce como sublimación. El proceso inverso, pasar de gas a sólido, se conoce como deposición.

Aquí tienes un práctico diagrama que muestra los nombres de los cambios de un estado de la materia a otro:

Podemos ampliar esto para hablar de los cambios de estado cuando se trata del plasma. Pasar de un gas a un plasma se conoce como ionización, mientras que pasar de un plasma a un gas se conoce como desionización o recombinación.

Ejemplos de la sublimación

Un ejemplo típico de la sublimación es el hielo seco. El hielo seco es la forma sólida del dióxido de carbono, CO2. El CO2 no tiene estado líquido, sino que se sublima directamente de sólido a gas.

Otro ejemplo es el yodo, que permite la sublimación directa e inversa (deposición). El sólido pasa directamente a un gas violeta y luego cristaliza al hacer la sublimación inversa en una superficie sólida.

Ejemplos de estados de la materia

Para terminar, vamos a explorar algunos ejemplos comunes de estados de la materia:

  • El ejemplo típico de estados de la materia es el agua, H2O. A presión atmosférica, hierve a 100 ºC y se congela a 0 ºC. Llamamos vapor al agua gaseosa y hielo al agua sólida.
  • Los dos únicos elementos de la tabla periódica que son líquidos a temperatura ambiente y presión atmosférica son el bromo, Br, y el mercurio, Hg. El resto de los metales son sólidos, mientras que los no metales son una mezcla de sólidos y gases.
  • A temperatura ambiente y presión atmosférica, la arena, la harina y la madera son ejemplos de sólidos. La leche, el aceite y el jarabe son ejemplos de líquidos, mientras que el oxígeno, el amoníaco y el cloro son ejemplos de gases.

Estados de agregación de la materia - Puntos Clave

  • Los estados de la materia son distintas formas físicas en las que puede existir la materia.
  • Los cuatro principales estados de la materia son el sólido, el líquido, el gas y la plasma. Las partículas de estos estados tienen diferentes disposiciones, velocidades y niveles de energía, entre otras propiedades:
    • Las partículas de un sólido se mantienen muy juntas en una posición fija. Tienen poca energía y vibran en el lugar.
    • Las partículas de un líquido están muy juntas pero pueden moverse. Tienen una energía ligeramente superior a la de las partículas de un sólido.
    • Las partículas de un gas están muy separadas y se mueven rápidamente. Tienen una energía muy alta.
    • El plasma se forma mediante la ionización de un gas y, por tanto, contiene partículas cargadas.
  • El cambio de estado de la materia implica calentar o enfriar una sustancia. Cuando una sustancia cambia de estado, su temperatura se mantiene igual hasta que todas las partículas están en el nuevo estado.
  • Algunos ejemplos de estados de la materia los proporciona el agua, H2O. Como sólido, se conoce como hielo y como gas, se conoce como vapor.

Preguntas frecuentes sobre Estados de agregación de la materia

Los cuatro principales estados de la materia son el sólido, el líquido, el gas y la plasma. Las partículas de estos estados tienen diferentes disposiciones, velocidades, niveles de energía y otras propiedades. 

El gas al pasar por la condensación se convierte en líquido, al enfriar sufre la solidificación a un sólido. Al aumentar la temperatura, el sólido fusiona a líquido y luego sufre vaporización a pasar a gas. Si el sólido pasa directamente a gas, se llama sublimación, y si pasa de gas directamente a sólido, se llama deposición.  

Se producen a partir de estructuras, fuerzas intermoleculares y características diferentes de la materia.

El paso de sólido a líquido se llama fusión y ocurre cuando la energía térmica supera alguna fuerza intermolecular, permitiendo más movimiento y mayor distancia entre los átomos o moléculas.  

Los sólidos que se subliman son el hielo seco que pasa directamente a gas de CO2 y el yodo que pasa de un sólido a un gas púrpura. 

Cuestionario final de Estados de agregación de la materia

Pregunta

_______ se define como la cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de disolución. 

Mostrar respuesta

Answer

La concentración

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Pregunta

_________ es aquella que tiene una cantidad importante de soluto disuelto en ella en comparación con una _________.

Mostrar respuesta

Answer

Disolución concentrada; disolución diluida

Show question

Pregunta

¿Por qué utilizamos la molalidad?

Mostrar respuesta

Answer

Al aumentar la temperatura de una disolución, las moléculas de agua se expanden y su volumen aumenta, afectando así a la molaridad. Luego, como la molalidad no considera volumen, es una medida de concentración más precisa.

Show question

Pregunta

¿Qué son las disoluciones?

Mostrar respuesta

Answer

Las disoluciones son mezclas homogéneas o de composición uniforme.

Show question

Pregunta

Encuentra la concentración de una disolución que contiene 2 g de dióxido de carbono disueltos en 10.000 g de agua. 

Mostrar respuesta

Answer

Para resolver esto, podemos usar ppm (partes por millón). Donde:

  • Masa del soluto: 1 g de CO2
  • Masa de la muestra: 10000 g de agua + 1 g de dióxido de carbono = 10001 g de masa total 

Recuerda, 1 millón = 106 


ppm = 1 g de CO2  / 10001 g de disolución x 106 = 99 ppm


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Pregunta

¿Cuál es la diferencia entre molaridad, molalidad y fracciones molares?

Mostrar respuesta

Answer

Las fracciones molares se utilizan para cantidades adimensionales, mientras que la molaridad tiene unidades de mol/L y la molalidad tiene unidades de mol/kg. Además, las fracciones molares se utilizan principalmente para los gases. 

Show question

Pregunta

¿Qué fórmula usarías para encontrar la composición del hidrógeno en un gas que contiene X moles de hidrógeno en Y moles de nitrógeno para formar amoníaco.  


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Answer

Fracción molar = moles de A / moles totales

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Pregunta

Un disolvente es la sustancia que se disuelve en el soluto y un soluto es una sustancia en la que se disuelve el disovente, dando lugar a una disolución.

Mostrar respuesta

Answer

Falso

Show question

Pregunta

¿Cómo se calcula la molaridad?

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Answer

moles/volumen

Show question

Pregunta

¿Se puede cambiar de ppm a g/L?

Mostrar respuesta

Answer

Sí, ya que 1 ppm es 1 mg/L

Show question

Pregunta

¿Cómo se forma una disolución?

Mostrar respuesta

Answer

Las fuerzas intermoleculares presentes tanto en el soluto como en el disolvente deben romperse y, a continuación, deben formarse nuevas fuerzas intermoleculares entre ellos.

Show question

Pregunta

¿Cuáles de los siguientes factores no favorecen la solubilidad?

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Answer

Naturaleza de las sustancias.

Show question

Pregunta

¿Falso o verdadero?: El agua no se considera un disolvente universal por que tiene poca capacidad de disolver sustancias.

Mostrar respuesta

Answer

Falso

Show question

Pregunta

Se denomina ______ a la cantidad máxima de soluto que es capaz de disolverse en 100 gramos de disolvente a una temperatura determinada.

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Answer

Solubilidad

Show question

Pregunta

Ejemplos de disoluciones:

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Answer

Leche y cereal

Show question

Pregunta

¿Falso o verdadero?: Las disoluciones diluidas pueden ser insaturadas, saturadas o sobresaturadas.

Mostrar respuesta

Answer

Falso

Show question

Pregunta

Cuando el agua se utiliza como disolvente, la disolución se denomina disolución ______.

Mostrar respuesta

Answer

acuosa.

Show question

Pregunta

Las disoluciones ______ tienen una gran cantidad de soluto en la disolución. Pueden dividirse, a su vez, en insaturadas, saturadas y sobresaturadas.

Mostrar respuesta

Answer

Saturadas

Show question

Pregunta

Una ______ está formada por partículas que no pueden mezclarse uniformemente y, por tanto, se considera ______

Mostrar respuesta

Answer

mezcla; homogénea

Show question

Pregunta

Si organizamos los las soluciones en función de su concentración de menor a mayor cantidad de soluto, el orden correcto sería:

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Answer

Insaturada, saturada, sobresaturada

Show question

Pregunta

¿Cuántos moles de C6H12Ohay en 0,4 L de una disolución de 2,00 M? 

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Answer

nsoluto = M x Ldisolución = 2.00M x 0.4L = 0.8 moles de C6H12O6

Show question

Pregunta

Encuentra la molaridad de 0.05 L de una disolución de AgNO3 6.00 M, cuando se diluye a un volumen de 0.45 L. 

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Answer

M1V1 = M2V2

M2 = M1V1 / V2 = 6.00M x 0.05L / 0.45L = 0.666M.

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Pregunta

¿Cuál es la fórmula de los gases ideales?

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Answer

PV=nRT.

Show question

Pregunta

La ley de los gases ideales describe la relación entre:

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Answer

la presión, el volumen, la cantidad de gas y la temperatura.

Show question

Pregunta

_______________ establece que el número de moles de un gas es directamente proporcional al volumen del mismo.

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Answer

La ley de Avogadro

Show question

Pregunta

La ley de Gay-Lussac establece que la ______ y la presión de los gases son directamente proporcionales entre sí.

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Answer

temperatura

Show question

Pregunta

La ley de Charles establece que la temperatura de un gas es ______ al volumen de un gas.

Mostrar respuesta

Answer

directamente proporcional

Show question

Pregunta

La ley que establece que el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión ejercida sobre él se denomina ______

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Answer

ley de Boyle

Show question

Pregunta

Cuanta más energía cinética, ____ colisiones tendrán las partículas del gas.

Mostrar respuesta

Answer

más

Show question

Pregunta

______ es la medida de la energía cinética media de los átomos y las moléculas.

Mostrar respuesta

Answer

La temperatura

Show question

Pregunta

La ley de Dalton de la presión parcial establece que...

Mostrar respuesta

Answer

La suma de las presiones de cada gas individual es igual a la presión total de una mezcla de gases en un recipiente.

Show question

Pregunta

¿Verdadero o falso?: la fórmula utilizada para calcular la presión es P = FUERZA / ÁREA

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Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

¿Qué es la presión?

Mostrar respuesta

Answer

La fuerza que ejerce un gas por unidad de superficie.

Show question

Pregunta

¿Qué caracteriza a los gases?

Mostrar respuesta

Answer

No tienen forma ni volumen definidos.

Show question

Pregunta

¿Qué es un gas ideal?

Mostrar respuesta

Answer

Un gas teórico que no tiene fuerzas intermoleculares ni interacciones entre las moléculas.

Show question

Pregunta

¿Qué es la ley de los gases ideales?

Mostrar respuesta

Answer

Una ecuación que relaciona la presión, la temperatura y el volumen de un gas ideal. PV = nRT

Show question

Pregunta

¿Cuál de los siguientes procesos requiere enfriamiento?

Mostrar respuesta

Answer

Deposición

Show question

Pregunta

¿Cuál de los siguientes procesos requiere calentamiento?

Mostrar respuesta

Answer

Vaporización

Show question

Pregunta

¿En qué estado de la materia se encuentran las fuerzas intermoleculares más fuertes?

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Answer

Sólido

Show question

Pregunta

¿Qué estados de la materia tienen un volumen fijo?

Mostrar respuesta

Answer

Sólido y líquido

Show question

Pregunta

¿Qué estados de la materia tienen una forma fija?

Mostrar respuesta

Answer

Sólo el sólido

Show question

Pregunta

¿En qué estado de la materia las partículas vibran en el acto?

Mostrar respuesta

Answer

Sólido

Show question

Pregunta

¿En qué estado de la materia las partículas se mueven más rápido?

Mostrar respuesta

Answer

Gas

Show question

Pregunta

¿En qué estado de la materia las partículas están más juntas?

Mostrar respuesta

Answer

Sólido

Show question

Pregunta

¿En qué estado de la materia las partículas tienen más energía?

Mostrar respuesta

Answer

Gas

Show question

Pregunta

¿Cuáles son los cuatro principales estados de la materia?

Mostrar respuesta

Answer

Sólido, líquido, gas y plasma

Show question

Pregunta

¿Qué son los estados de la materia?

Mostrar respuesta

Answer

Los estados de la materia son formas físicas distintas en las que puede existir la materia.

Show question

Pregunta

¿Qué es un gas ideal?

Mostrar respuesta

Answer

Un gas teórico que no tiene fuerzas intermoleculares ni interacciones entre las moléculas.

Show question

Pregunta

¿Qué es la ley de los gases ideales?

Mostrar respuesta

Answer

Una ecuación que relaciona la presión, la temperatura y el volumen de un gas ideal. PV = nRT

Show question

Pregunta

¿Cuál de los siguientes procesos requiere enfriamiento?

Mostrar respuesta

Answer

Deposición

Show question

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