La teoría cinético-molecular y los estados de agregación de la materia

Por todos es sabido que las sustancias se pueden encontrar en tres estados físicos, llamados estados de agregación de la materia, que son: estado sólido, estado líquido y estado gaseoso. El agua es, seguramente, el ejemplo más evidente, pues todos hemos experimentado cómo el agua líquida se convierte en hielo a bajas temperaturas, o entra en ebullición cuando supera los 100 ºC. Pero, ¿qué diferencia existe entre cada uno de estos estados? A grandes rasgos, no podemos decir que haya ningún cambio químico cuando pasamos de un estado a otro, pues en todos los casos hablamos de la misma sustancia, el agua. Por eso hablamos de estados «físicos» de la materia, pues es esa la naturaleza de las propiedades que nos permiten hacer semejante distinción.

La teoría cinético-molecular de la materia es una extensión de la teoría cinética de los gases que nos permite explicar el comportamiento de las sustancias en cada uno de los estados, a partir de unos principios o postulados generales que, comúnmente, se resumen de la manera siguiente:

• La materia está formada por entidades muy pequeñas llamadas partículas (átomos o moléculas).

• Las partículas están en continuo movimiento, chocando entre sí de manera elástica.

• Entre las partículas existen interacciones, más o menos intensas dependiendo del estado de agregación.

Estado sólido

En el estado sólido, las partículas están muy próximas y fuertemente unidas entre sí, por lo que mantienen fijas sus posiciones, manteniendo las distancias que hay entre ellas. Es por ello que adoptan estructuras tridimensionales de volumen definido y constante (se consideran incompresibles).

No obstante, las partículas poseen un cierto movimiento de vibración, que aumenta con la temperatura, motivo por el cual, al calentarlos, las vibraciones crecen, aumentando el volumen (dilatación), y pueden llegar a vencerse las fuerzas de atracción (cambio de estado).

Estado líquido

En el estado líquido, las distancias entre las partículas son ligeramente mayores que en los sólidos, pero su movimiento y sus interacciones impiden que este espacio se reduzca, por lo que son prácticamente incompresibles. Sin embargo, aunque las interacciones son los suficientemente grandes como para evitar su dispersión, la movilidad que poseen las partículas permite que se desplacen unas respecto a otras, otorgándoles la capacidad de fluir y de amoldarse al recipiente que las contiene.

Una característica de los líquidos es que presentan propiedades de superficie, ya que las partículas situadas en el interior experimentan interacciones con las que se encuentran alrededor, a diferencia de las partículas superficiales, que poseen interacciones que no están equilibradas o completamente compensadas. Por ejemplo, los líquidos tienden a presentar la mínima superficie posible, ya que existen una serie de fuerzas en ella que tiran de las partículas hacia el interior, formando gotas (fenómeno que se conoce como tensión superficial).

Estado gaseoso

En los gases, las partículas estás separadas grandes distancias (en comparación con su tamaño) y, en consecuencia, las interacciones entre ellas se consideran nulas. Por ello, los gases adoptan la forma y ocupan el volumen del recipiente que los contienese.

Las partículas gaseosas se mueven libre y azarosamente, chocando elásticamente entre sí y con las paredes del recipiente (ejerciendo una determina presión), aumentando la velocidad media y los choques con la temperatura.

Un cuarto estado: el plasma

Cuando se alcanzan temperaturas y presiones extremadamente altas, los choques entre partículas son muy violentos y la energía del impacto consigue superar, incluso, las intensas fuerzas que unen los partículas y mantienen su integridad. En estas condiciones, los átomos se desestabilizan y los electrones escapan, separándose del núcleo. Se consigue así un estado de la materia completamente distinto, ionizado, con propiedades características (como la capacidad para conducir la electricidad), que denominamos plasma.

El estado de plasma se encuentra en el espacio exterior, en estrellas y nebulosas (es el estado más abundante en el Universo), y se forma en ciertas circunstancias, que se da en la ionosfera, las auroras boreales, el magma, los rayos o el fuego.

 

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