Apunte: Sólidos, líquidos y gases

La llamada "materia", es decir, ese tipo de energía que quizá cobró realidad cuando nació con la conformación de un superátomo inicial postulado por Hawkins, es algo que nos debe interesar profundamente. Es que nosotros mismos estamos armados físicamente utilizando esa tal "materia" y con el complemento imprescindible del resto de la energía.

Porque los átomos que se crearon a partir de aquél comienzo fueron logrando alguna estabilidad enlazándose entre sí para formar moléculas, es decir, los elementos se convirtieron en compuestos y dieron como resultado el universo que vemos. Y lo vemos porque somos parte de él, utilizando los mismos "ingredientes", tridimensionales, etc.

El ser humano tomó conciencia de la materia cuando se vio a sí mismo y se sintió de todas las formas, como vio y sintió lo que lo rodeaba, tanto en su entorno como en la lejanía más sorprendente.

Y esa materia se presentaba como sólidos, como líquidos, como gases y como estados intermedios. Descubrió también que esos estados de agregación - como se los llamó después - no eran permanentes. El agua líquida se helaba cuando disminuía la temperatura, o se evaporaba cuando el sol la calentaba. Todo cambiaba de un estado a otro al varias las condiciones del ambiente. Y entonces comenzó a modificar él mismo los ambientes para provocar los cambios.

También aprendió mucho más tarde los porqués de esos estados y de esos fenómenos. Si llegar a saberlo todo pero logrando algunas explicaciones suficientemente satisfactorias para cada época de su desarrollo intelectual.

Supo crear "modelos", respuestas aproximadas que permitían justificar lo que observaba, que daban respuestas relativamente válidas a las preguntas que se formulaba.

Modelizó la materia suponiendo una estructura para cada tipo de átomo, con protones, neutrones y electrones. Y encontró una explicación del porqué y cómo se unían para conformar moléculas. Dedujo que todo era un problema de energías y que el universo parecía buscar estados que se estabilizaran con la menor energía posible.

Pudo suponer con fundamento que las partículas (átomos, moléculas, iones) estaban bajo la influencia de fuerzas que buscaban atraerlos unos a otros, pero también de fuerzas que procuraban separarlos. Y que, en cada momento, intentaban equilibrar ambas tendencias variando, por ejemplo, la distancia que los separaban.

Cuando las fuerzas de atracción son mayores que las de repulsión, la materia se muestra como un sólido, con un alto grado de cohesión, en unos casos cristalino y en otros amorfo (sin forma ordenada). En ese estado, las partículas están tan cercanas unas a otras como les sea posible. Esto les da una forma propia, un volumen definido, una carencia total de fluidez. Son prácticamente incompresibles, se dilatan apenas un poco cuando aumenta la temperatura, y sus partículas no tienden a escapar (su presión de vapor es baja).

Cuando las fuerzas de repulsión son mayores que las de atracción, la materia se muestra como un gas, con un mínimo grado de cohesión que hace que las partículas estén tan lejanas unas de otras como les sea posible. No tienen una forma propia pues se expanden para ocupar todo el espacio disponible, ocupando un lugar mucho mayor al que por su volumen propio necesitarían. Esas partículas se mueven caóticamente y cuando chocan contra un obstáculo ejercen una fuerza que llamamos "presión". También responden en forma significativa a los cambios de temperatura, ya que ésta mide de algún modo el grado de agitación que manifiestan la materia en estado gaseoso.

Pero hay una tercera posibilidad de manifestación de la materia, un tercer estado de agregación, que se aprecia cuando las fuerzas de atracción son relativamente semejantes a las fuerzas de repulsión entre las partículas. No la vemos ni estructurada como en el estado sólido ni desordenada como en el estado gaseoso. Decimos que se muestra como un "líquido".

Esa nueva forma de presentación da a la materia algunas propiedades particulares. Muestran una "tensión superficial" que hace que las partículas superficiales se atraigan formando una "capa" porque las del interior del líquido las atraen.

También manifiestan resistencia a fluir, lo que se conoce como "viscosidad", ya que las partículas rozan unas contra otras. Todo depende, como ya mencioné, de la agitación que experimentan, es decir, de la temperatura. Cuando esta aumenta, las partículas se alejan un poco unas de otras, rozan menos entre sí y la viscosidad disminuye.

La materia en estado líquido no tiene forma propia como en estado sólido ni se expande indefinidamente como en estado gaseoso. Adopta la forma del recipiente que la contiene. También sus partículas pueden volatilizarse en su superficie libre, produciéndose la llamada "evaporación". Cuando algunas partículas se volatilizan, la temperatura de las que quedan disminuye.

Si colocamos un líquido en un recipiente cerrado, las partículas de la superficie se evaporan y pasan al estado gaseoso, pero algunas del estado gaseoso vuelven a ser atraídas por las de la superficie del líquido hasta que llegan a un equilibrio que depende de la temperatura. Eso se denomina "presión de vapor".

Pero si aplicamos temperatura suficiente a un líquido, no solamente las partículas de la superficie se evaporan sino que ocurre que las del interior comienzan a desesperarse por convertirse en gas. Es cuando decimos que "hierve". Ese fenómeno es llamado "ebullición".

Así que tenemos tres estados bien definidos de la materia: el sólido, el líquido y el gaseoso. Pero ya debes haber notado que a veces se ve la materia como una especie de "pasta", entre sólida y líquida. Y también otros estados intermedios entre líquido y entre sólido y gas. Es verdad, los hay, pero quedarán para ser analizados en alguna próxima clase.

Espero que este apunte te haya sido útil. Espero tus comentarios aquí o en mi email.
Un saludo afectuoso

Prof. Daniel Aníbal Galatro
danielgalatro@gmail.com
Esquel - Chubut - Argentina
Noviembre 2013