Que sucede'?
'Materia' es todo lo que ocupa espacio (tiene volumen) y tiene masa. Constituye todo lo que hay en el universo de alguna forma; es todo en el universo. Constituye nuestro planeta y todo el universo.
En la Tierra, toda la materia existe en uno de tres estados diferentes: sólido, líquido o gaseoso.
¿Sabías que los humanos están hechos de los tres estados principales de la materia?
El estado en el que se encuentra una sustancia a temperatura ambiente se llama estado estándar. Por ejemplo, a temperatura ambiente el agua existe en forma líquida. Algunas sustancias existen como gases a temperatura ambiente (oxígeno y dióxido de carbono), mientras que otras, como el agua, existen como líquidos. La mayoría de los metales existen como sólidos a temperatura ambiente. El mercurio tiene las interesantes propiedades de ser a la vez metal y líquido en su estado estándar.
Cada uno de estos estados está formado por partículas diminutas. El estado de la materia depende del número de partículas que la componen.
Sólido
Por lo general, algo se describe como sólido si puede mantener su propia forma y es difícil de comprimir. Por ejemplo, el agua en forma sólida es hielo. En un sólido, las moléculas están muy juntas y tienen una alta densidad.
Líquido
Un líquido como el agua puede fluir o correr pero no se puede estirar ni exprimir. En los líquidos, las moléculas están particularmente juntas, pero no tanto como la materia sólida; Las moléculas tienen la capacidad de moverse y deslizarse unas sobre otras. Una materia líquida no tiene forma propia, adoptará la forma del recipiente que la contiene. Ejemplos de líquidos son agua, leche, zumo, gasolina, limonada, etc.
Gas
El gas puede fluir, expandirse y exprimirse. El agua en forma gaseosa es vapor. Si está en un recipiente sin cerrar se escapa. En los gases, las moléculas están mucho más dispersas que en los sólidos o líquidos y chocan aleatoriamente entre sí. Un gas llenará cualquier recipiente, pero si el recipiente no está sellado, el gas se escapará. El gas se puede comprimir mucho más fácilmente que el líquido o el sólido.
Estados cambiantes de la materia
La materia puede existir en estado sólido, líquido o gaseoso, y el estado en el que se encuentra una sustancia puede estar determinado en gran medida por su temperatura. Cada sustancia tiene un umbral de temperatura único después del cual cambia de estado. Una vez superado ese umbral de temperatura, la sustancia cambiará de fase, cambiando así el estado de la materia. En condiciones de presión constante, la temperatura es el principal determinante de la fase de una sustancia.
Dependiendo de su temperatura, la materia puede cambiar de estado. La fusión, la congelación, la ebullición, la evaporación, la condensación, la sublimación y la deposición son formas en que un material cambia de estado.
A bajas temperaturas, el movimiento molecular disminuye y las sustancias tienen menos energía interna. Las moléculas se asientan en estados de baja energía entre sí y se mueven muy poco, lo cual es característico de la materia sólida. A medida que aumenta la temperatura, se aplica energía térmica adicional a las partes constituyentes de un sólido, lo que provoca un movimiento molecular adicional. Las moléculas comienzan a empujarse unas contra otras y el volumen total de una sustancia aumenta. En este punto, la materia ha entrado en estado líquido. Existe un estado gaseoso cuando las moléculas han absorbido tanta energía térmica debido al aumento de temperaturas que pueden moverse libremente unas alrededor de otras a altas velocidades.
Si la presión es constante, el estado de una sustancia dependerá enteramente de la temperatura a la que se exponga. Por esta razón, el hielo se derrite si se saca del congelador y el agua hierve de una olla si se deja a una temperatura demasiado alta durante demasiado tiempo. La temperatura es simplemente una medida de la cantidad de energía térmica presente en el entorno. Cuando una sustancia se coloca en un entorno de diferente temperatura, se intercambia calor entre la sustancia y el entorno, lo que hace que ambos alcancen una temperatura de equilibrio. Entonces, cuando un cubo de hielo se expone al calor, sus moléculas de agua absorben energía térmica de la atmósfera circundante y comienzan a moverse con más energía, lo que hace que el hielo de agua se derrita y se convierta en agua líquida.
La fusión es el proceso de transformar un sólido en líquido. Cuando se calienta un sólido, las partículas reciben más energía y comienzan a vibrar más rápido. A una determinada temperatura, las partículas vibran tanto que su estructura ordenada se rompe. En este punto, el sólido se funde y se convierte en líquido. La temperatura a la que se produce este cambio de sólido a líquido se llama punto de fusión. Cada sólido tiene un punto de fusión establecido a presión de aire normal. A una presión de aire más baja, como en lo alto de una montaña, el punto de fusión disminuye.
La evaporación es el proceso de convertir un líquido en gas. Si dejas un poco de agua en un recipiente de boca ancha, notarás que parte del agua desaparecerá después de un tiempo. El agua líquida se transforma en gas (vapores de agua): esto es evaporación. Ocurre cuando un líquido se convierte en gas muy por debajo de su punto de ebullición. Siempre hay algunas partículas en un líquido que tienen suficiente energía para liberarse del resto y convertirse en gas.
La condensación es el proceso de convertir un gas en líquido. Por ejemplo, los vapores de agua en el aire se enfrían y se transforman en pequeñas gotas de agua líquida (rocío) en las hojas y ventanas por la mañana después de una noche fría. Los objetos más fríos suelen absorber energía de los objetos más calientes.
La congelación es el proceso de convertir un líquido en sólido. Es lo opuesto a derretirse. Por ejemplo, la lava es roca líquida que entra en erupción a través de un volcán a temperaturas tan altas como 1.500 O C (2.732 O F) a través de un volcán. Sin embargo, la lava al rojo vivo se enfría cuando llega a la superficie de la Tierra y vuelve a convertirse en roca sólida.
Ebullición : cuando un líquido se calienta, las partículas reciben más energía. Comienzan a moverse más rápido y más separados. A una determinada temperatura, las partículas se separan unas de otras y el líquido se convierte en gas. Este es el punto de ebullición. El punto de ebullición de una sustancia es siempre el mismo; no varía. Por ejemplo, el agua hierve cuando alcanza su punto de ebullición de 100ºC (212ºF). Esta es la temperatura a la que el agua se convierte en vapor. El vapor es un gas invisible. Cuando llega a la tapa, se enfría y se convierte en líquido.
La sublimación es la conversión de un sólido en gas sin que se convierta en líquido. El ejemplo más sencillo de sublimación podría ser el hielo seco. El hielo seco es dióxido de carbono (CO2) sólido. Sorprendentemente, cuando dejas hielo seco en una habitación, simplemente se convierte en gas sin convertirse en líquido. ¿Alguna vez has oído hablar del dióxido de carbono líquido? Se puede hacer, pero no en situaciones normales. El carbón es otro ejemplo de un compuesto que no se funde a presiones atmosféricas normales. Se sublimará a temperaturas muy altas.
La deposición es la conversión de un gas a sólido. Ocurre cuando un gas se vuelve sólido sin pasar por el estado líquido de la materia. Más cerca de los polos se pueden ver heladas en las mañanas de invierno. Esos pequeños cristales de escarcha en las plantas se acumulan cuando el vapor de agua del aire se solidifica en las hojas de las plantas.
Cambios químicos versus cambios físicos
Es importante comprender la diferencia entre cambios químicos y físicos. Los cambios físicos suelen tener que ver con el estado físico de la materia, y los cambios químicos ocurren cuando los enlaces moleculares se rompen o se crean durante una reacción química. Los cambios químicos tienen lugar a nivel molecular.
Sin cambios en las moléculas
Estirar una banda elástica, llenar un globo con aire o aplastar una lata son ejemplos de cambios físicos. Estos son cambios sólo en la forma de los artículos. No hay cambios en el estado de la materia porque la energía a nivel molecular no cambió. En un cambio físico, no se produce ningún cambio en las moléculas, las moléculas siguen siendo las mismas sin que se creen o rompan nuevos enlaces químicos.
De manera similar, derretir cubitos de hielo, hervir agua o congelar agua líquida son cambios físicos al agregar energía. Los cambios de fase o estado de la materia, es decir, de sólido a líquido, de líquido a gas y de líquido a sólido, son todos cambios físicos. Acciones físicas como cambios de temperatura o presión pueden provocar cambios físicos. Por ejemplo, al derretir hielo o congelar agua líquida no se produce ningún cambio químico, las moléculas de agua siguen siendo moléculas de agua.
Cambiando las moléculas
Los cambios químicos ocurren en una escala mucho menor. Si bien algunos experimentos muestran cambios químicos obvios, como un cambio de color, la mayoría de los cambios químicos no son visibles. El cambio químico cuando el peróxido de hidrógeno (H2O2) se convierte en agua no se puede ver ya que ambos líquidos son claros. Sin embargo, detrás de escena, se crean y destruyen miles de millones de enlaces químicos. Cuando el peróxido de hidrógeno se convierte en agua, se pueden ver burbujas de gas oxígeno (O2). Esas burbujas son evidencia de cambios químicos.
Derretir un terrón de azúcar es un cambio físico porque la sustancia sigue siendo azúcar. Quemar un terrón de azúcar es un cambio químico. El fuego activa una reacción química entre el azúcar y el oxígeno. El oxígeno del aire reacciona con el azúcar y se rompen los enlaces químicos.
Cuando el hierro se expone al oxígeno del aire, se oxida. Este proceso se puede observar durante un largo período de tiempo. Las moléculas cambian su estructura a medida que el hierro se oxida y eventualmente se convierten en óxido de hierro. Las tuberías oxidadas en edificios abandonados son ejemplos reales del proceso de oxidación.
El cambio puede ser reversible o irreversible.
Un cambio reversible es un cambio que se puede volver a cambiar. Por ejemplo, si un cubito de hielo se derrite se convierte en agua pero podemos volver a congelarlo para que se convierta en un cubito de hielo y vuelva a su estado original. La fusión y el calentamiento son ejemplos de cambios reversibles.
Un cambio irreversible es un cambio que no se puede volver a cambiar. Por ejemplo, si se hornea una mezcla de bizcocho se convierte en un bizcocho y no podemos volver a convertirlo en mezcla. El cambio es irreversible porque ha tenido lugar una reacción química. Quemar o mezclar un líquido con bicarbonato de sodio es un ejemplo de cambios irreversibles.
Un breve resumen de ciertos términos y cambios de fase relacionados:
Fusión/fusión: de sólido a líquido
Congelación: de líquido a sólido
Vaporización/ebullición – De líquido a gas
Condensación: de gas a líquido
Sublimación – De sólido a gas
Deposición: gas a sólido
