ELS 5 ESTATS D'AGREGACIÓ DE LA MATÈRIA - QUIMICA - 2025

Els estats d'agregació de la matèria es vinculen al fet que aquesta pot existir en diferents estats, depenent de la densitat que exhibeixin les molècules que la formen. La ciència de la física és aquella que s'encarrega d'estudiar la naturalesa i les propietats de la matèria i l'energia en l'univers.

El concepte de matèria es defineix com tot allò que compon a l'univers (àtoms, molècules i ions), que forma totes les estructures físiques existents. Les investigacions científiques tradicionals donaven per completats els estats d'agregació de la matèria com aquells representats en els tres coneguts: sòlids, líquids o gasosos.

No obstant això, hi ha dues fases més que s'han determinat més recentment, permetent classificar com a tal i afegir als tres estats originals (l'anomenat plasma, i el condensat de Bose-Einstein).

Aquests representen formes de la matèria més rares que les tradicionals, però que sota les condicions adequades demostren propietats intrínseques i prou úniques per a classificar-se com estats d'agregació.

Estats d'agregació de la matèria

sòlid

Els metalls són sòlids

Quan es parla de la matèria en estat sòlid es pot definir com aquella on les molècules que la componen es troben unides de forma compacta, permetent molt poc espai entre aquestes i proporcionant-li un caràcter rígid a l'estructura de la mateixa.

D'aquesta manera, els materials en aquest estat d'agregació no flueixen lliurement (com els líquids) ni s'expandeixen volumètricament (com els gasos) i, per als efectes de variades aplicacions, es consideren substàncies incompressibles.

A més, poden posseir estructures cristal·lines, les quals s'organitzen de manera ordenada i regular o de forma desordenada i irregular, com ho són les estructures amorfes.

En aquest sentit, els sòlids no necessàriament són homogenis en la seva estructura, i pot trobar-se aquells que són químicament heterogenis. Tenen l'habilitat de passar directament a l'estat líquid en un procés de fusió, com també de passar a l'gasós per sublimació.

Tipus de sòlids

Els materials sòlids es divideixen en una sèrie de classificacions:

Els metalls: són aquells sòlids forts i densos que a més solen ser excel·lents conductors d'electricitat (per les seves electrons lliures) i calor (per la seva conductivitat tèrmica). Componen gran part de la taula periòdica dels elements, i poden ser units amb un altre metall o no-metall per formar aliatges. Segons el metall en qüestió poden ser trobats naturalment o produïts artificialment.

minerals

Són aquells sòlids formats naturalment a través de processos geològics que ocorren a alta pressió.

Els minerals es cataloguen de tal manera per la seva estructura cristal·lina amb propietats uniformes, i varien enormement de tipus segons el material de què s'està parlant i dels seus orígens. Aquest tipus de sòlid es troba molt comunament per tot el planeta Terra.

ceràmiques

Són sòlids que es creen a partir de substàncies inorgàniques i no-metàl·liques, típicament per l'aplicació de calor, i que posseeixen estructures cristal·lines o semicristalinas.

L'especialitat d'aquest tipus de material és que pot dissipar altes temperatures, impactes i força, fent-ho un excel·lent component per a tecnologies avançades de camp aeronàutic, electrònic i fins i tot militar.

sòlids orgànics

Són aquells sòlids que es componen principalment dels elements carboni i hidrogen, podent també posseir molècules de nitrogen, oxigen, fòsfor, sofre o halògens en la seva estructura.

Aquestes substàncies varien enormement, observant materials que inclouen des dels polímers naturals i artificials fins a la cera de parafina originada dels hidrocarburs.

materials compostos

Són aquells materials relativament moderns que s'han desenvolupat per unió de dos o més sòlids, creant una nova substància amb característiques de cada un dels seus components, aprofitant així les propietats d'aquests per a un material superior als originals. Exemples d'aquests inclouen el concret reforçat i la fusta composta.

Semiconductors

Es diuen així per la seva resistivitat i conductivitat elèctrica, la qual els situa entre els conductors metàl·lics i els inductors no-metàl·lics. S'usen freqüentment en el camp de l'electrònica moderna i per acumular l'energia solar.

nanomaterials

Són sòlids de dimensions microscòpiques, la qual cosa genera que presentin propietats diferents a la seva versió de major grandària. Troben aplicacions en camps especialitzats de la ciència i tecnologia, com en el camp de l'emmagatzematge d'energia.

Biomaterials

Són materials naturals i biològics amb característiques complexes i úniques, diferents a tots els altres sòlids pel seu origen donat a través de milions d'anys d'evolució. Es componen per diferents elements orgànics, i poden formar-se i reformar-segons les característiques intrínseques que posseeixin.

líquid

Es fa dir líquid a aquella matèria que es troba en un estat gairebé incompressible, que ocupa el volum de l'recipient en el qual s'ubica.

A diferència dels sòlids, els líquids flueixen lliurement per la superfície on es trobin, però no s'expandeixen volumètricament com els gasos; per aquesta raó, mantenen una densitat pràcticament constant. També tenen la capacitat de mullar o humitejar les superfícies que toquen a causa de la tensió superficial.

Els líquids es regeixen per una propietat coneguda com viscositat, la qual mesura la resistència dels mateixos a la deformació per tall o moviment.

Segons el seu comportament pel que fa a la viscositat i la deformació, els líquids poden classificar-se en fluids newtonians i no-newtonians, encara que no entrarà en detalls sobre aquest tema en aquest article.

És important denotar que hi ha únicament dos elements que es troben en aquest estat d'agregació en condicions normals: el brom i el mercuri, podent també arribar fàcilment a estat líquid el cesi, el gal·li, el franci i el rubidi en condicions adequades.

Poden passar-se a l'estat sòlid per un procés de solidificació, com també transformar-se en gasos per una ebullició.

Tipus de líquids

Segons la seva estructura, els líquids es divideixen en cinc tipus:

solvents

Representant tots aquells líquids comuns i no comuns amb un sol tipus de molècules en la seva estructura, els solvents són aquelles substàncies que serveixen per dissoldre substàncies sòlides i altres líquids al seu interior, per formar nous tipus de líquid.

solucions

Són aquells líquids en forma de barreja homogènia, que s'han format per la unió d'un solut i un solvent, i el solut ser un sòlid o un altre líquid.

emulsions

Es representen com aquells líquids que s'han format per la mescla de dos líquids típicament immiscibles. S'observen com un líquid suspès dins d'un altre en forma de glòbuls, i es poden trobar de forma W / O (aigua en oli) o O / W (oli en aigua), depenent de la seva estructura.

suspensions

Les suspensions són aquells líquids en els quals hi ha partícules sòlides suspeses en un solvent. Es poden formar en la naturalesa, però s'observen més comunament en l'àmbit de la farmacèutica.

aerosols

Es formen quan es fa passar un gas per un líquid i el primer queda dispers en el segon. Aquestes substàncies són de caràcter líquid amb molècules gasoses, i poden separar-se amb augments de temperatura.

gas

Es considera com un gas a aquell estat de la matèria comprensible, en el qual les molècules es troben considerablement separades i disperses, i on aquestes s'expandeixen per ocupar el volum de l'recipient on es continguin.

Així mateix, hi ha diversos elements que es troben en estat gasós de forma natural i poden unir-se a altres substàncies per formar mescles gasoses.

Els gasos poden convertir-se directament en líquids pel procés de la condensació, i en sòlids pel procés poc comú de la deposició. A més, poden ser escalfats fins molt altes temperatures o fets passar a través d'un camp electromagnètic fort per ionizarlos, convertint-los en plasma.

Atesa la seva complicada naturalesa i inestabilitat segons les condicions ambientals, les propietats dels gasos poden variar segons la pressió i temperatura en què es troben, de manera que de vegades es treballa amb els gasos assumint que són «ideals».

Tipus de gasos

Hi ha tres tipus de gasos segons la seva estructura i origen, els quals es descriuen a continuació:

naturals elementals

Es defineixen com tots aquells elements que es troben en estat gasós en la naturalesa i en condicions normals, observant-se en el planeta Terra com també en altres planetes.

En aquest cas es poden nomenar com a exemple l'oxigen, l'hidrogen, el nitrogen i els gasos nobles, a més del clor i el fluor.

naturals compostos

Són els gasos que es formen a la natura per processos biològics i estan fets de dos o més elements. Solen estar formats per hidrogen, oxigen i nitrogen, encara que en casos molt rars també poden formar-se amb gasos nobles.

artificials

Són aquells gasos creats per l'home a partir de compostos naturals, elaborats per complir amb necessitats que aquest té. Certs gasos artificials com els clorofluorocarbonis, agents d'anestèsia i esterilitzants poden ser més tòxics o contaminants del que es pensava, pel que existeixen regulacions per limitar el seu ús massiu.

plasma

Aquest estat d'agregació de la matèria va ser descrit per primera vegada en la dècada de 1920 i es caracteritza per la seva inexistència en la superfície terrestre.

Apareix únicament quan un gas neutral és subjecte a un camp electromagnètic bastant fort, formant una mena de gas ionitzat que és altament conductiu per l'electricitat, i que és a més prou diferent als altres estats d'agregació existents com per ameritar la seva pròpia classificació com a estat.

La matèria en aquest estat pot ser desionitzada perquè torni a ser un gas, però és un procés complex que requereix condicions extremes.

Es té la hipòtesi que el plasma representa l'estat més abundant de la matèria en l'univers; aquests arguments es basen en l'existència de l'anomenada «matèria fosca», proposada pels físics quàntics per explicar fenòmens gravitacionals en l'espai.

Tipus de plasma

Existeixen tres tipus de plasma, els quals es classifiquen únicament pel seu origen; això succeeix fins i tot dins d'una mateixa classificació, ja que els plasmes són ben diferents entre ells i conèixer un no és suficient per a conèixer a tots.

artificial

És aquell plasma fabricat per l'home, com ho són aquells trobats dins de pantalles, llums fluorescents i senyals de neó, i en els propulsors de coets.

Terrestre

És el plasma que és format d'alguna manera o una altra per la Terra, deixant clar que ocorre principalment en l'atmosfera o altres ambients semblants i que no es dóna a la superfície. Inclou els llamps, el vent polar, la ionosfera i la magnetosfera.

espacial

És aquell plasma que s'observa en l'espai, formant estructures de mides diferents, variant des d 'uns pocs metres a enormes extensions d'anys llum.

S'observa aquest plasma en les estrelles (incloent el nostre Sol), al vent solar, el medi interestel·lar i intergalàctic, a més de les nebuloses interestel·lars.

Condensat de Bose-Einstein

El condensat de Bose-Einstein és un concepte relativament recent. Té el seu origen en l'any 1924, quan els físics Albert Einstein i Satyendra Nath Bose van predir la seva existència de forma general.

Aquest estat de la matèria es descriu com un gas diluït de bosons -partícules elementals o compostes que s'associen amb ser portadores d'energia-, els quals han estat refredats a temperatures molt properes a l'zero absolut (-273.15 K).

En aquestes condicions els bosons components de l'condensat passen al seu mínim estat quàntic, fent que presentin propietats de fenòmens microscòpics únics i particulars que els separen de gasos normals.

Les molècules d'un condensat de BE mostren característiques de superconductivitat; és a dir, que hi ha una absència de la resistència elèctrica. També poden mostrar característiques de superfluïdesa, la qual cosa fa que la substància tingui una viscositat nul·la, pel que pot fluir sense cap pèrdua d'energia cinètica per fricció.

A causa de la inestabilitat i curta existència de la matèria en aquest estat, encara s'estudien els possibles usos per a aquests tipus de compost.

És per això que, a més de ser utilitzats en estudis en què es va tractar d'alentir la velocitat de la llum, no s'han aconseguit moltes aplicacions per a aquest tipus de substància. No obstant això, hi ha indicis que indiquen que pot ajudar a la humanitat en un gran nombre de funcions futures.

referències

1. BBC. (Sf). States of Matter. Obtingut de bbc.com
2. Learning, L. (sf). Classification of Matter. Obtingut de courses.lumenlearning.com
3. LiveScience. (Sf). States of Matter. Obtingut de livescience.com
4. University, P. (sf). States of Matter. Obtingut de chem.purdue.edu
5. Wikipedia. (Sf). State of Matter. Obtingut de en.wikipedia.org