La materia es el "material" que forma el universo: todo lo que ocupa espacio y tiene masa es materia.
Toda la materia está compuesta de átomos, que a su vez están formados por protones, neutrones y electrones.
Los átomos se unen para formar moléculas, que son los bloques de construcción para todo tipo de materia, según la Universidad Estatal de Washington. Tanto los átomos como las moléculas se mantienen unidos por una forma de energía potencial llamada energía química. A diferencia de la energía cinética, que es la energía de un objeto en movimiento, la energía potencial es la energía almacenada en un objeto.
Las cinco fases de la materia.
Hay cuatro estados naturales de la materia: sólidos, líquidos, gases y plasma. El quinto estado son los condensados artificiales de Bose-Einstein.
Sólidos
En un sólido, las partículas se juntan muy juntas para que no se muevan mucho. Los electrones de cada átomo están en constante movimiento, por lo que los átomos tienen una pequeña vibración, pero están fijos en su posición. Debido a esto, las partículas en un sólido tienen una energía cinética muy baja.
Los sólidos tienen una forma definida, así como masa y volumen, y no se ajustan a la forma del recipiente en el que se colocan. Los sólidos también tienen una alta densidad, lo que significa que las partículas están muy juntas.
Líquidos
En un líquido, las partículas están más compactadas que en un sólido y pueden fluir unas alrededor de otras, dando al líquido una forma indefinida. Por lo tanto, el líquido se ajustará a la forma de su recipiente.
Al igual que los sólidos, los líquidos (la mayoría de los cuales tienen una densidad menor que los sólidos) son increíblemente difíciles de comprimir.
Gases
En un gas, las partículas tienen una gran cantidad de espacio entre ellas y tienen una alta energía cinética. Un gas no tiene forma o volumen definidos. Si no está confinado, las partículas de un gas se extenderán indefinidamente; si está confinado, el gas se expandirá para llenar su contenedor. Cuando un gas se pone bajo presión reduciendo el volumen del recipiente, el espacio entre partículas se reduce y el gas se comprime.
Plasma
El plasma no es un estado común de la materia aquí en la Tierra, pero puede ser el estado más común de la materia en el universo, según el Laboratorio Jefferson. Las estrellas son esencialmente bolas de plasma sobrecalentadas.
El plasma consiste en partículas altamente cargadas con energía cinética extremadamente alta. Los gases nobles (helio, neón, argón, criptón, xenón y radón) a menudo se usan para hacer signos brillantes al usar electricidad para ionizarlos al estado de plasma.
Condensado de Bose-Einstein
El condensado de Bose-Einstein (BEC) fue creado por científicos en 1995. Utilizando una combinación de láseres e imanes, Eric Cornell y Carl Weiman, científicos del Instituto Conjunto de Astrofísica de Laboratorio (JILA) en Boulder, Colorado, enfriaron una muestra de rubidio. a unos pocos grados de cero absoluto. A esta temperatura extremadamente baja, el movimiento molecular está muy cerca de detenerse. Como casi no se transfiere energía cinética de un átomo a otro, los átomos comienzan a agruparse. Ya no hay miles de átomos separados, solo un "superátomo".
Un BEC se utiliza para estudiar la mecánica cuántica a nivel macroscópico. La luz parece disminuir a medida que pasa a través de un BEC, lo que permite a los científicos estudiar la paradoja de las partículas / ondas. Un BEC también tiene muchas de las propiedades de un superfluido, o un fluido que fluye sin fricción. Los BEC también se utilizan para simular condiciones que pueden existir en los agujeros negros.
Pasando por una fase
Agregar o eliminar energía de la materia provoca un cambio físico a medida que la materia se mueve de un estado a otro. Por ejemplo, agregar energía térmica (calor) al agua líquida hace que se convierta en vapor o vapor (un gas). Y eliminar la energía del agua líquida hace que se convierta en hielo (un sólido). Los cambios físicos también pueden ser causados por el movimiento y la presión.
Derritiendo y congelando
Cuando se aplica calor a un sólido, sus partículas comienzan a vibrar más rápido y a separarse más. Cuando la sustancia alcanza una cierta combinación de temperatura y presión, su punto de fusión, el sólido comenzará a derretirse y convertirse en líquido.
Cuando dos estados de la materia, como el sólido y el líquido, están a la temperatura y presión de equilibrio, el calor adicional agregado al sistema no hará que la temperatura general de la sustancia aumente hasta que la muestra completa alcance el mismo estado físico. Por ejemplo, cuando pones hielo en un vaso de agua y lo dejas afuera a temperatura ambiente, el hielo y el agua finalmente llegarán a la misma temperatura. A medida que el hielo se derrita por el calor proveniente del agua, permanecerá a cero grados Celsius hasta que todo el cubo de hielo se derrita antes de continuar calentándose.
Cuando se elimina el calor de un líquido, sus partículas se ralentizan y comienzan a asentarse en un lugar dentro de la sustancia. Cuando la sustancia alcanza una temperatura suficientemente fría a una cierta presión, el punto de congelación, el líquido se convierte en sólido.
La mayoría de los líquidos se contraen a medida que se congelan. Sin embargo, el agua se expande cuando se congela en hielo, haciendo que las moléculas se separen más y disminuyan la densidad, por lo que el hielo flota sobre el agua.
Agregar sustancias adicionales, como la sal en el agua, puede alterar los puntos de fusión y congelación. Por ejemplo, agregar sal a la nieve disminuirá la temperatura que el agua se congela en las carreteras, por lo que es más seguro para los conductores.
También hay un punto, conocido como el punto triple, donde todos los sólidos, líquidos y gases existen simultáneamente. El agua, por ejemplo, existe en los tres estados a una temperatura de 273.16 Kelvin y una presión de 611.2 pascales.
Sublimación
Cuando un sólido se convierte directamente en un gas sin pasar por una fase líquida, el proceso se conoce como sublimación. Esto puede ocurrir cuando la temperatura de la muestra aumenta rápidamente más allá del punto de ebullición (vaporización instantánea) o cuando una sustancia se "liofiliza" enfriándola en condiciones de vacío para que el agua en la sustancia se sublima y se elimina la muestra. Algunas sustancias volátiles sufrirán sublimación a temperatura y presión ambiente, como dióxido de carbono congelado o hielo seco.
Vaporización
La vaporización es la conversión de un líquido en un gas y puede ocurrir por evaporación o ebullición.
Debido a que las partículas de un líquido están en constante movimiento, frecuentemente chocan entre sí. Cada colisión también hace que se transfiera energía, y cuando se transfiere suficiente energía a las partículas cercanas a la superficie, pueden ser expulsadas completamente de la muestra como partículas de gas libre. Los líquidos se enfrían a medida que se evaporan porque la energía transferida a las moléculas de la superficie, que causa su escape, se deja llevar por ellos.
El líquido hierve cuando se agrega suficiente calor a un líquido para que se formen burbujas de vapor debajo de la superficie. Este punto de ebullición es la temperatura y la presión a la que un líquido se convierte en gas.
Condensación y deposición.
La condensación ocurre cuando un gas pierde energía y se une para formar un líquido. Por ejemplo, el vapor de agua se condensa en agua líquida.
La deposición ocurre cuando un gas se transforma directamente en un sólido, sin pasar por la fase líquida. El vapor de agua se convierte en hielo o escarcha cuando el aire que toca un sólido, como una brizna de hierba, está más frío que el resto del aire.
