Las cuatro fases de la Materia y Teoría cinética

Las cuatro fases de la materia

Materia es todo aquello que tiene masa y volumen. Es decir, materia es todo aquello que requiere energía para acelerar o cambiar su movimiento y que además ocupa espacio. La materia puede presentarse en muchas formas, pero existen cuatro fases o estados principales de la materia: sólido, líquido, gaseoso y plasma. Dado que la materia también está compuesta de átomos, estas fases difieren en el comportamiento y organización de sus átomos. Todos los elementos pueden presentarse en la forma de cualquier estado de la materia y transformarse entre ellos. Por ejemplo, el hidrógeno puro en la Tierra suele estar en forma de gas (a menos que esté unido al oxígeno dentro de moléculas de agua); pero si el hidrógeno está lo suficientemente frío, puede cambiar de fase a líquido e incluso a sólido. Sin embargo, el estado más común del hidrógeno e incluso de toda la materia en todo el universo es el plasma. El plasma es lo que compone el Sol y las estrellas. Y algunos otros ejemplos de plasma incluyen rayos y fuego, que se encuentran con menos frecuencia en la Tierra en comparación con los sólidos, líquidos y gases. Además, las luces de neón y fluorescentes poseen estados de plasma dentro de sus bombillas.

Lo que realmente distingue las fases de la materia y cambia el comportamiento de las moléculas y átomos que componen una sustancia es la energía, normalmente en forma de calor. Es decir, para cambiar la materia a diferentes fases, se debe cambiar su temperatura. La temperatura es una medida de la energía cinética promedio dentro de un sistema de partículas; como la energía dentro de los átomos o moléculas que forman una sustancia. Esta explicación de las diversas formas y comportamiento de la materia es lo que constituye la teoría cinética. Pero ¿qué es la teoría cinética de la materia? ¿Y qué es exactamente la energía cinética?

La teoría cinética de la materia

La definición de la teoría cinética simple es la explicación de cómo o por qué la materia se presenta en muchas formas o estados de la materia, y qué hace que estos estados sean diferentes y los cambios entre ellos posibles. Más específicamente, la teoría cinética de la materia afirma que toda la materia está compuesta de pequeñas partículas (átomos o moléculas) que se encuentran en movimiento aleatorio a través del espacio que existe entre ellas. Incluso la materia en fase sólida está compuesta de partículas individuales en constante movimiento. Las unidades de temperatura describen este movimiento de partículas. En teoría, las partículas que componen una sustancia pueden detenerse o transferirse toda su energía cinética y movimiento. Las partículas de la sustancia en este caso estarían a la temperatura conocida como cero absoluto o 0 grados kelvin.

Sin embargo, las fases de la materia no sólo difieren en su temperatura sino también en la organización y comportamiento de sus partículas.

Los sólidos están compuestos de partículas que no poseen suficiente energía cinética para deslizarse unas sobre otras y, en cambio, permanecen en su organización mientras esencialmente vibran en su lugar. Por lo tanto, las sustancias en la fase sólida mantienen una forma y un volumen definidos. Esta suele ser la fase más densa de la materia o la más compacta.

Los líquidos están compuestos de partículas que poseen suficiente energía cinética para deslizarse unas sobre otras y cambiar de organización. Esto permite que los líquidos tomen la forma de sus recipientes. Los líquidos tienen un volumen definido, pero una forma indefinida.

Los gases, por otro lado, están compuestos de partículas que tienen suficiente energía cinética no solo para deslizarse entre sí sino también para expandirse y escapar de la atracción de los demás. Los gases tomarán la forma y el volumen de sus contenedores y se expandirán dentro de ellos hasta que sus partículas estén espaciadas uniformemente. Los gases tienen forma indefinida y volumen indefinido.

Los plasmas son simplemente gases sobrecalentados. Los plasmas están compuestos de átomos que tienen suficiente energía cinética, por lo que sus electrones individuales poseen suficiente energía cinética para escapar de su atracción hacia el núcleo del átomo. Los plasmas están compuestos de electrones libres y núcleos atómicos, por eso están cargados. Los plasmas, al igual que los gases, tienen una forma y un volumen indefinidos.

Cambios de fase

La teoría cinética de la materia también es una explicación no sólo del comportamiento de cada fase de la materia, sino también de cómo y por qué la materia puede cambiar de fase. La materia cambia de fase debido a cambios en la energía cinética dentro de las partículas que la componen; es decir, cambios de calor y temperatura. Por ejemplo, el hielo (agua sólida) se derrite y cambia de fase a agua líquida una vez que el sistema de partículas absorbe suficiente calor para que cada molécula de agua que compone el hielo tenga suficiente energía cinética para escapar de las atracciones entre ellas y otras moléculas de agua. Esto permite que cada molécula de agua individual vibre y se aleje una de otra, siguiendo caminos de menor resistencia, moviéndose y deslizándose unas sobre otras, y ante las cuales el sistema de partículas no puede mantener su forma y se funde.

Cuando se agrega aún más calor al agua, como en el caso de una olla con agua hirviendo, las moléculas de agua se vaporizan o su fase cambia a gas. Con suficiente calor y energía cinética dentro del agua, las moléculas de agua individuales obtendrán suficiente energía cinética o movimiento para expandirse completamente alejándose unas de otras. Si se agrega más calor y energía al vapor de agua, los electrones que componen los enlaces entre los átomos de hidrógeno individuales y los átomos de oxígeno dentro de una molécula de agua obtendrán suficiente energía cinética para separarse de los núcleos que los atraen y romper los enlaces entre el oxígeno. e hidrógeno. El hidrógeno y el oxígeno podrían entonces tomar forma de plasma, ya que sus núcleos y electrones flotarían libremente alejándose unos de otros.

La materia también puede cambiar de fase en la otra dirección. Si el vapor de agua pierde energía, sus partículas se ralentizarán y la atracción entre las moléculas de agua individuales será lo suficientemente fuerte como para que las moléculas se condensen nuevamente en agua líquida. Además, si se escapa aún más energía cinética de los sistemas de moléculas de agua líquida, los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua pueden ser lo suficientemente fuertes como para unir y bloquear las moléculas de agua en formas y volúmenes definidos, congelándolas en hielo sólido.

Resumen de la lección

En general, la teoría cinética de la materia afirma que toda la materia está compuesta de pequeñas partículas que tienen espacio entre ellas y se encuentran en movimiento aleatorio. La cantidad de energía en forma de movimiento (es decir, energía cinética ) que hay dentro de un sistema de partículas determina cómo se organiza esa materia y en qué fase o estado se encuentra. La materia puede presentarse en muchas formas, pero hay cuatro fases principales de la materia: sólidos, líquidos, gases y plasmas.

Cada fase de la materia se diferencia en sus propiedades, pero también en el comportamiento y organización de sus partículas debido a la cantidad de energía cinética que poseen. Los sólidos suelen ser la fase más densa de la materia, compuestos de partículas que mantienen una forma y un volumen definidos. Los líquidos poseen suficiente energía cinética para que sus partículas se deslicen unas sobre otras y, por lo tanto, toman la forma de su recipiente y tienen una forma indefinida pero un volumen definido. Los gases tienen más energía y, por tanto, tienen la mayor cantidad de espacio y los enlaces más débiles entre sus partículas. Los plasmas son gases sobrecalentados y son la fase de materia más abundante en el universo y componen todas las estrellas.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador