Estat d'agregació de la matèria
En física i química s'observen substàncies que, per a qualsevol substància o mescla, modificant la seua temperatura o pressió, poden obtindre's distints estats o fases, denominats estats d'agregació de la matèria, en relació en les forces d'unió de les partícules (molècules, àtoms o ions) que la constituïxen.[1]
Tots els estats d'agregació posseïxen propietats i característiques diferents; els més coneguts i observables cotidianamente són quatre, cridats fases sòlida, líquida, gaseosa[2] i plasmática.[3] També són possibles atres estats que no es produïxen de forma natural en el nostre entorn, per eixemple: condensado de Bose-Einstein,[4] condensado fermiónico i estreles de neutrons. Es creu que també són possibles uns atres, com el plasma de quarks-gluones.
El terme «fase» s'utilisa a voltes com a sinònim d'estat de la matèria, pero un sistema pot contindre vàries fases «inmiscibles» del mateix estat de la matèria.[5]
Estats fonamentals
[editar | editar còdic]Estat sòlit
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Sòlit.
Els objectes en estat sòlit es presenten com a cossos de forma definida; els seus àtoms a sovint s'entrellacen formant estructures estretes definides, lo que els conferix la capacitat de soportar forces sense deformació aparent. Són calificats generalment com a durs, aixina com resistents, i en ells les forces d'atracció són majors que les de repulsió. En els sòlits cristalins, la presència d'espais intermoleculars menuts dona pas a l'intervenció de les forces d'enllaç, que ubiquen a les celdillas en formes geomètriques. En els amorfos o vítreos, pel contrari, les partícules que els constituïxen carixen d'una estructura ordenada.
Les substàncies en estat sòlit solen presentar algunes de les següents característiques:[6]
- Cohesió elevada.
- Tenen una forma definida i memòria de forma.
- A efectes pràctics són incompresibles.
- Resistència a la fragmentació.
- No posseïxen fluïdea.
- Volum constant.
- Alguns d'ells es subliman.
En els sòlits cristalins, les partícules (àtoms, molècules o ions) estan empaquetades en un patró repetitiu i regularment ordenat. Hi ha vàries estructures cristalines diferents, i una mateixa substància pot tindre més d'una estructura (o fase sòlida). Per eixemple, el ferro té una estructura cúbica centrada en el cos a temperatures inferiors a 912 °C (1674 °F), i una estructura cúbica centrada en la cara entre 912 i 1394 °C (2541 °F). El gèl té quinze estructures cristalines conegudes, o quinze fases sòlides, que existixen a distintes temperatures i pressions.
Els vidres i atres sòlits no cristalins i amorfos sense orde de llarc alcanç no són estats bàsics d'equilibri tèrmic, per lo que es descriuen a continuació com a «estats no clàssics de la matèria».
Els sòlits poden transformar-se en líquits per fusió, i els líquits poden transformar-se en sòlits per solidificació. Els sòlits també poden transformar-se directament en gasos per mig del procés de sublimació, i els gasos poden igualment transformar-se directament en sòlits per mig de la deposición.
Estat líquit
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Líquit.
Si s'incrementa la temperatura d'un sòlit, est va perdent forma fins a desaparéixer l'estructura cristalina, alcançant l'estat líquit. Característica principal: la capacitat de fluir i adaptar-se a la forma del recipient que ho conté. En este cas, encara existix certa unió entre els àtoms del cos, encara que molt manco intensa que en els sòlits. L'estat líquit presenta les següents característiques:
- Cohesió menor.
- Posseïxen moviment d'energia cinètica.
- Són decorreguts, no posseïxen forma definida, ni memòria de forma per lo que prenen la forma de la superfície o el recipient que ho conté.
- Sol canviar a estat sòlit en la fredor
- Posseïx fluïdea a través de menuts orificis.
- Pot presentar difusió.
- Són poc compresibles.
Estat gaseós
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Gas.
Es denomina gas a l'estat d'agregació de la matèria compost principalment per molècules no unides, expandides i en poca força d'atracció, lo que fa que els gasos no tinguen volum definit ni forma definida i s'expandixquen lliurement fins a omplir el recipient que els conté. La seua densitat és molt menor que la dels líquits i sòlits, i les forces gravitatorias i d'atracció entre les seues molècules resulten insignificants. En alguns diccionaris el terme gas és considerat com a sinònim de vapor, encara que no cal confondre els seus conceptes: vapor es referix estrictament a aquell gas que es pot condensar per presurización a temperatura constant.
Depenent dels seus continguts d'energia o de les forces que actuen, la matèria pot estar en un estat o en un atre diferent: s'ha parlat durant l'història, d'un gas ideal o d'un sòlit cristalí perfecte, pero abdós són models llímits ideals i, per tant, no tenen existència real.[7]
En un gas, les molècules estan en estat de caos i mostren poca resposta a la gravetat. Es mouen tan ràpidament que es lliberen unes d'unes atres. Ocupen llavors un volum molt major que en els atres estats perque deixen espais lliures intermijos i estan enormement separades unes d'unes atres. Per això és tan fàcil comprimir un gas, lo que significa, en este cas, disminuir la distància entre molècules. El gas carix de forma i de volum, perque es comprén que a on tinga espai lliure allí aniran les seues molècules errantes i el gas s'expandirà fins a omplir per complet qualsevol recipient.
A temperatures inferiors a la seua temperatura crítica, un gas també es denomina vapor i pot licuarse només per compressió sense necessitat de refrigeració. Un vapor pot existir en equilibri en un líquit (o sòlit), en el cas del qual la pressió del gas és igual a la pressió de vapor del líquit (o sòlit).
Un decorregut supercrítico (SCF) és un gas la temperatura del qual i pressió estan per damunt de la temperatura i la pressió críticas, respectivament. En este estat, la distinció entre líquit i gas desapareix. Un decorregut supercrítico té les propietats físiques d'un gas, pero la seua alta densitat li conferix propietats de dissolvent en alguns casos, lo que dona lloc a aplicacions útils. Per eixemple, el diòxit de carbono supercrítico s'utilisa per a extraure cafeïna en la fabricació de café descafeinado.
Estat plasmático
[editar | editar còdic].jpg){kind=link}
- Artícul principal → Plasma (estat de la matèria).
El plasma és un gas ionizado, és dir, que els àtoms que ho componen s'han separat d'alguns dels seus electrons. D'esta forma el plasma és un estat semblat al gas pero compost per aniones i cationes (ionés en càrrega negativa i positiva, respectivament), separats entre sí i lliures, per això és un excelent conductor. Un eixemple molt clar és el Sol.
En la baixa atmòsfera terrestre, qualsevol àtom que pert un electró (quan és alcançat per una partícula còsmica ràpida) es diu que està ionizado. Pero a altes temperatures és molt diferent. Quant més calent està el gas, més ràpit es mouen els seus molèculas i àtoms, (llei dels gasos ideals) i a molt altes temperatures les colisions entre estos àtoms, movent-se molt ràpit, són suficientment violentes per a lliberar els electrons. En l'atmòsfera solar una gran part dels àtoms estan permanentment «ionizados» per estes colisions i el gas es comporta com un plasma.
A diferència dels gasos frets (per eixemple, l'aire a temperatura ambiente), els plasmes conduïxen l'electricitat i són fortament influïts pels camps magnètics. La llàntia fluorescent conté plasma (el seu component principal és vapor de mercuri) al que calfa i agita l'electricitat, per mig de la llínea de força a la que està conectada la llàntia. La llínea, positiu eléctricamente un extrem i negatiu l'atre, causa que els ions positius s'acceleren cap a l'extrem negatiu i que els electrons negatius vagen cap a l'extrem positiu. Les partícules accelerades guanyen energia, colisionen en els àtoms, expulsen electrons adicionals i mantenen el plasma, encara que es recombinen partícules. Les colisions també fan que els àtoms emeten llum i esta forma de llum és més eficient que les llànties tradicionals. Els lletrers de neó i les llums urbanes funcionen per un principi similar i també es varen usar en electrònica.
Perfil de l'ionosfera
[editar | editar còdic]La part superior de l'ionosfera s'estén en l'espai alguns centenars de quilómetros i es combina en la magnetosfera, que el seu plasma està generalment més rarificado i també més calenta. Els ionés i els electrons del plasma de la magnetosfera provenen de l'ionosfera que està per davall i del vent solar i molts dels permenors de la seua entrada i calfament no estan clars encara.
Existix el plasma interplanetario, el vent solar. La capa més externa del Sol, la corona, està tan calenta que no solament estan ionizados tots els seus àtoms, sino que aquells que varen començar una teoria en molts electrons, tenen arrancats la majoria (a voltes tots), inclosos els electrons de les capes més profundes que estan més fortament units. En la corona del Sol s'ha detectat la radiació electromagnètica característica del ferro que ha perdut 13 electrons.
Esta temperatura extrema evita que el plasma de la corona permaneixca captiu per la gravetat solar i, aixina, fluïx en totes direccions, omplint el sistema solar més allà dels planetes més distants.
- Propietats del plasma
- Cal dir que hi ha 2 tipos de plasma: fredor i calentes.
- En els plasmes frets els àtoms es troben a temperatura ambiente i són els electrons els que s'acceleren fins a alcançar una temperatura de 5000 °C, pero com els ions, que són moltíssim més massius, estan a temperatura ambiente, no cremen en tocar-los.
- En els plasmes calents l'ionisació es produïx pels chocs dels àtoms entre sí, lo que fa que en calfar un gas molt, i pels propis chocs dels àtoms entre sí, estos es ionicen. Estos mateixos àtoms ionizados també capturen electrons i en eixe procés es genera llum (per això el Sol lluïx, aixina com el fòc i els plasmes dels laboratoris).
Canvis d'estat
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Canvi d'estat.
Per a cada element o compost químic existixen determinades condicions de pressió i temperatura a les que es produïxen els canvis d'estat. Quan es fa referència únicament a la temperatura de canvi d'estat, deu interpretar-se com la temperatura necessària per a este canvi baix 1 atm de pressió atmosfèrica. D'esta manera, en "condiciones normals" (pressió atmosfèrica, 0 °C) hi ha composts en estat sòlit (S) líquit (L) i gaseós (G). A majors temperatures també es pot obtindre plasma (P).
Els processos en els que una substància canvia d'estat són: la sublimació (S-G), la vaporisació (L-G), la condensació (G-L), la solidificació (L-S), la fusió (S-L), i la sublimació inversa (G-S); a estos s'agreguen els canvis entre gas i plasma: ionisació (G-P) i desionización (P-G). És important aclarir que estos canvis d'estat tenen varis noms. A continuació, es descriuen resumidamente estes transicions:
- Fusió: És el pas d'un sòlit a l'estat líquit per mig del calor; durant este procés endotèrmic (procés que absorbix energia per a portar-se a terme este canvi) hi ha un punt en que la temperatura permaneix constant. El "punt de fusió" és la temperatura a la qual el sòlit es fon, per lo que el seu valor és particular per a cada substància. Dites molècules es mouran en una forma independent, transformant-se en un líquit. Un eixemple podria ser un gèl derritiéndose, puix passa d'estat sòlit al líquit.
- Solidificació: És el pas d'un líquit a sòlit per mig del refredat; el procés és exotèrmic. El "punt de solidificació" o de congelació és la temperatura a la qual el líquit es solidifica i permaneix constant durant el canvi, i coincidix en el punt de fusió si es realisa de forma llenta (reversible); el seu valor és també específic.
- Vaporisació i ebullició: Són els processos físics en els que un líquit pansa a estat gaseós. Si es realisa quan la temperatura de la totalitat del líquit iguala al punt d'ebullició del líquit a eixa pressió en continuar calfant-se el líquit, est absorbix la calor, pero sense aumentar la temperatura: la calor s'ampra en la conversió de l'aigua en estat líquit al d'aigua en estat gaseós, fins que la totalitat de la massa passa a l'estat gaseós. En eixe moment és possible aumentar la temperatura del gas.
- Condensació: Es denomina condensació al canvi d'estat de la matèria que passa de forma gaseosa a forma líquida. És el procés invers a la vaporisació. Si es produïx un pas d'estat gaseós a estat sòlit de manera directa, el procés és anomenat sublimació inversa. Si es produïx un pas de l'estat líquit a sòlit es denomina solidificació.
- Sublimació: És el procés que consistix en el canvi d'estat de la matèria sòlida a l'estat gaseós sense passar per l'estat líquit. Un eixemple clàssic de substància capaç de sublimarse és el gèl sec.
- Sublimació inversa: És el pas directe de l'estat gaseós a l'estat sòlit.
- Desionización: És el canvi d'un plasma a gas.
- Ionisació: És el canvi d'un gas a un plasma.
És important fer notar que en totes les transformacions de fase de les substàncies, estes no es transformen en atres substàncies, solament canvia el seu estat físic.
Els canvis d'estat es dividixen generalment en dos tipos: progressius i regresivos.cita requerida
- Canvis progressius: Vaporisació, fusió i sublimació progressiva.
- Canvis regresivos: Condensació, solidificació i sublimació regresiva.
La següent taula indica cóm es denominen els canvis d'estat:
| width="200" Plantilla:Capçalera diagonal | Sòlit | Líquit | Gas | Plasma |
|---|---|---|---|---|
| Sòlit | fusió | sublimació, sublimació progressiva o sublimació directa | ||
| Líquit | solidificació | evaporament o ebullició | ||
| Gas | sublimació inversa, regresiva o deposición | condensació i liqüefacció (licuación) | Ionisació | |
| Plasma | Desionización |
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Quiimica General (en és), Universitat Nac. del Llitoral. ISBN 9789875085961.
- ↑ Química i (en és), EUNED. ISBN 9789968316262.
- ↑ Ercilla, Santiago Burbano de; Muñoz, {{{nom2}}} (2003). Física general (en és), Editorial Tebar. ISBN 9788495447821.
- ↑ Aguirre (2007). Química 1. Un enfocament constructivista (en és), Pearson Educació. ISBN 9789702607427.
- ↑ «Fase». Real Acadèmia Espanyola. Consultat el 30 d'abril de 2023.
- ↑ «Estat Sòlit de la Matèria». Químiques.
- ↑ Calahorro, Cristóbal Valenzuela (1995). Química general. Introducció a la Química Teòrica (en és), Universitat de Salamanca. ISBN 9788474817836.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Estado de agregación de la materia» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.