Para ampliar
la información más afondo sobre los estados de la materia en la dirección
electrónica
Estado de la materia
Todas las sustancias pueden
existir, al menos en principio, en los tres estados: sólido, líquido y gaseoso.
Como muestra la siguiente figura:
En un sólido, las moléculas se
mantienen unidas en forma organizada con poca libertad de movimiento. En un
líquido las moléculas están unida, pero no en una posición tan rígida y se
puede mover libremente. En un gas, las moléculas están separadas por distancias
que son grandes en comparación con el tamaño de las moléculas.
Los tres estados de la materia
pueden ser convertibles entre ellos sin que cambie la composición de la
sustancia. Un sólido (por ejemplo el hielo) se fundirá por calentamiento y
formará un líquido (agua). (La temperatura a la cual se da esta transición de
denomina punto de fusión). El calentamiento anterior convertirá el líquido en
un gas. (Esta conversión se lleva a cabo en el punto de ebullición del
líquido.) por otro lado el enfriamiento de un gas lo condensará para formar un
líquido. Cuando el líquido se enfría aun más se congelará y se formará un
sólido.
El plasma es considerado como el
cuarto estado de la materia, pues su presencia en el universo es muy abundante.
Se trata de una masa gaseosa fuertemente ionizada en la cual, como consecuencia
de temperaturas extremadamente elevadas, los átomos se han visto despojados de
su envoltura de electrones y coexisten con los núcleos atómicos en un estado de
agitación intensa. Las estrellas, durante una parte importante de su vida,
están constituidas por grandes masas de plasma. Debido a la violencia de los
choques entre núcleos, en tales condiciones se producen reacciones de síntesis
de núcleos nuevos con una considerable liberación de energía. El Sol es
esencialmente una enorme esfera de plasma.
Capa de valencia. Capa electrónica externa de un átomo que contiene los
electrones que participan en el enlace.
Electrones de valencia. Electrones externos
de un átomo, los cuales son los implicados en el enlace químico.
Catión. Ion cargado positivamente que se
forma por la remoción de electrones de átomos ó moléculas.
Anión: Ion cargado negativamente que se
forma por la adición de electrones a átomos o moléculas.
Enlace sigma, . Enlace covalente formado
por orbítales que se traslapan por los extremos: su densidad electrónica está
concentrada entre los núcleos de los átomos que se unen.
Enlace pi, enlace covalente formado por
el traslape lateral de los orbítales; su densidad electrónica se concentra
arriba y abajo del plano de los núcleos de los átomos que están unidos.
Carga formal. La carga sobre un átomo en
una molécula o ion enlazado covalentemente; los electrones enlazantes se
cuentan como si estuvieran igualmente compartidos entre los dos átomos
enlazados.
Resonancia. Concepto según el cual son
necesarias dos o más formulas de Lewis equivalentes para la misma disposición
de átomos (estructura de resonancia) para describir el enlace en una molécula o
ion.
Geometría iónica. Es la disposición de los
átomos (no de pares electrónicos, no compartidos) sobre el átomo ce3ntral de un
ion poliatómico.
Hibridación: termino que se utiliza para
explicar las mezclas de los orbítales atómicos en un átomo (generalmente el
átomo central) para generar un conjunto de orbítales híbridos. Orbítales
Híbridos: son orbítales atómicos que se que se obtienen cuando dos o más
orbítales no equivalentes, del mismo átomo, se combinan preparándose para la
formación del enlace covalente.
Orbítales moleculares. Orbítales producto
de las interacciones de los orbítales atómicos de los átomos que se unen.
Solapamientos de Orbítales. Interacción de
orbítales de átomos diferentes en la misma región del espacio.
Plana Trigonal. Ocurre si
hay tres pares de electrones en la capa de valencia de un átomo, el cual
tienden a estar acomodados en un plano, dirigidos hacia los vértices de un
triángulo de lados iguales (triángulo equilátero), las regiones del espacio
ocupadas por pares electrónicos están dirigidas a ángulos de 120º uno al otro.
Plana Cuadrada. Termino
usado para describir las moléculas e iones poliatómicas que poseen un átomo en
el centro y cuatro átomos en las esquinas de un cuadrado.
Plasma. Mezcla de iones y
electrones, como en una descarga eléctrica. En ocasiones el plasma se ha
considerado el cuarto estado de la materia.
Hielo cuántico. El hielo cuántico es un
estado en el que la materia está tan próxima al cero absoluto (0 ºK) que el
movimiento atómico disminuye: Todos los núcleos se colapsan en un
"superátomo" alrededor del cual giran todos los electrones. Se ha
considerado el quinto estado de la
materia.
Las sustancias se encuentran
presentes en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Así, por ejemplo, el
acero es sólido; el agua, líquida; y el oxígeno, gaseoso. Pero en ciertas
condiciones estos elementos pueden cambiar su estado. Si el agua es sometida a
temperaturas bajo los cero grados se convertirá en hielo, y por tanto su estado
variará de líquido a sólido. En el caso del acero, si se somete al calor se
convertirá en líquido cuando alcanza lo que se conoce como punto de fusión, que
se puede determinar según la temperatura que registra la sustancia al momento
de convertirse en líquido.
Sólidos
Los sólidos poseen volumen propio
y forma definida, son rígidos y no fluyen. Sólido, se refiere al estado físico
de la materia en el que las muestras conservan su forma y tamaño. Los sólidos
presentan una distribución regular de las partículas atómicas, iónicas o
moleculares. Los sólidos se caracterizan por su resistencia a cualquier cambio
de forma, resistencia que se debe a la fuerte atracción entre las moléculas que
los constituyen.
Los líquidos
Las propiedades de los sólidos
cambian completamente cuando se convierten en líquido, ya que la red de enlaces
que mantiene sus moléculas unidas se rompe y estas vagan libremente. Esto
explica por qué los líquidos pueden fluir (correr) casi por cualquier parte.
Cuando un líquido se calienta,
las moléculas que lo componen giran cada vez más rápido, hasta que finalmente
se desprenden para convertirse en gas, proceso que se denomina evaporación.
Los gases
En 1648 Jan Baptist van Helmont
creó el vocablo gas, a partir del término griego kaos (desorden) para definir
las características del anhídrido carbónico. Esta denominación se extendió
luego a todos los cuerpos gaseosos y se utiliza para designar uno de los
estados de la materia.
La principal característica de los gases respecto de los sólidos y los
líquidos, es que no pueden verse ni tocarse, pero también se encuentran
compuestos de átomos y moléculas.
La causa de que un gas sea tal se
encuentra en sus moléculas, que se encuentran muy separadas unas de otras y se
mueven en todas las direcciones. Al igual que ocurre con los otros dos estados
de la materia, el gas también puede transformarse (en líquido) si se somete a
temperaturas muy bajas. A este proceso se le denomina condensación. La mayoría
de los gases necesitan temperaturas muy bajas para lograr condensarse.
Las mezclas
Mezcla, agregación de sustancias
sin interacción química entre ellas. Las propiedades de las mezclas varían
según su composición y pueden depender del método o la manera de preparación de
las mismas. Pocos elementos están hechos de un solo elemento químico o
compuesto. La mayoría son mezclas; es decir, una combinación de dos o más
sustancias puras cuya composición es variable (plástico, aire, piedra, agua,
etc.). Las mezclas pueden clasificarse en heterogéneas, que son aquellas
mezclas no uniformes y con partes físicamente distintas; y las mezclas
homogéneas, que son mezclas uniformes en su totalidad y suelen llamarse
solución. La mezcla homogénea de metales se denomina aleación.
Compartir: El superfluido es un estado
de la materia
caracterizado por la ausencia total de viscosidad (lo cual lo diferencia de una
sustancia muy fluida, la cual tendría una viscosidad próxima a cero,
pero no exactamente igual a cero), de manera que, en un circuito cerrado,
fluiría interminablemente sin fricción. Fue descubierta en 1937 por Piotr
Kapitsa, John F. Allen
y Don Misener, y
su estudio es llamado hidrodinámica cuántica.
Es
un fenómeno físico que tiene lugar a muy bajas temperaturas, cerca del cero absoluto, límite en el que cesa toda
actividad. Un inconveniente es que casi todos los elementos se congelan a esas
temperaturas. Pero hay una excepción: el helio. Existen dos isótopos estables del helio, el helio-4 (que es muy común) y el helio-3 (que es raro) y se produce en la
desintegración beta del tritio en reactores nucleares. También se encuentra en la superficie
de la Luna,
arrastrado hasta allí por el viento solar.
Los
dos isótopos se comportan de modos muy diferentes, lo cual sirve para examinar
los efectos de las dos estadísticas cuánticas, la estadística de Fermi-Dirac, a la que obedecen las partículas de espín semi-entero, y la estadística de Bose-Einstein, seguida por las partículas de espín entero.
Materia degenerada
Se denomina materia degenerada a aquella en la
cual una fracción importante de la presión proviene del principio de
exclusión de Pauli, que establece que dos fermiones no
pueden tener los mismos números cuánticos.
Dependiendo de las condiciones, la degeneración de
diferentes partículas puede contribuir a la presión de un objeto
compacto, de modo que una enana
blanca está sostenida por la degeneración de electrones,
mientras que una estrella de neutrones no
colapsa debido al efecto combinado de la presión de neutrones
degenerados y la presión debida a la parte repulsiva de la interacción fuerte entre bariones.
Estas restricciones en los estados cuánticos hacen que las
partículas adquieran momentos muy elevados ya que
no tienen otras posiciones del espacio
de fases donde situarse, se puede decir que el gas al no poder
ocupar más posiciones se ve obligado a extenderse en el espacio de momentos con
la limitación de la velocidad c. Así pues, al estar tan comprimida la
materia los estados energéticamente bajos se ocupan rápidamente por lo que
muchas partículas no tienen más remedio que colocarse en estados muy
energéticos lo que conlleva una presión adicional de origen cuántico. Si la
materia está lo suficientemente degenerada dicha presión dominará, con mucho,
sobre todas las demás contribuciones. Esta presión es, además, independiente de
la temperatura y únicamente dependiente de la densidad.
Hacen falta grandes densidades para llegar a los
estados de degeneración de la materia. Para la degeneración de electrones se
requerirá de una densidad en torno a los 106 g/cm³, (1000 kg/cm³)
para la de los neutrones hará falta mucha más aún, aproximadamente 1014
g/cm³ (100.000 Toneladas/cm³).
Materia fuertemente simétrica
Se denomina materia fuertemente simétrica a uno
de los posibles estados de la materia,
en este caso de carácter teórico, predecido por la supersimetría y
la teoría de cuerdas.De acuerdo a las
teorías de la supersimetría sería ésta la materia existente hasta 10E-36
segundos después del Big Bang, dentro del período
llamado "Época de Planck".En ese
momento, la densidad de energía del universo era tan grande que las cuatro fuerzas de la naturaleza (fuerte, débil, electromagnética y gravitacional)
permanecían unificadas en una sola fuerza.A medida que el universo se expandía,
la temperatura y la densidad cayó y se rompió la interacción nuclear fuerte, un
proceso llamado rompimiento de simetría
Creación de «Materia débilmente simétrica»
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Materia extraña
En física
nuclear, física de partículas y astrofísica,
el término materia extraña se usa de dos formas, una más amplia y la
otra más específica.
- El significado más amplio es tan solo materia de quarks que contiene tres "gustos" de quarks: arriba, abajo y extraño. En esta definición, hay una presión crítica y una densidad crítica asociada, y cuando la materia nuclear (hecha de protones y neutrones) se comprime más allá de dicha densidad, los protones y neutrones se disocian en los quarks que los componen, resultando así materia de quarks (probablemente materia extraña).
- El significado más estricto se refiere a la materia de quarks que es más estable que la materia nuclear. La idea de que esto podría pasar es la "hipótesis de la materia extraña" de Bodmer1 y Witten.2 En esta definición, la presión crítica es cero: el verdadero estado fundamental de la materia es siempre materia de quarks. Los núcleos que vemos en la materia que nos rodea, que son "gotas" de materia nuclear, son necesariamente metaestables, y dado el tiempo suficiente (o el estímulo externo adecuado) decaerían en gotas de materia extraña, los "strangelets".
Superfluido
polaritón
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Este artículo o sección necesita referencias que
aparezcan en una publicación acreditada, como revistas especializadas,
monografías, prensa diaria o páginas de Internet fidedignas. Este aviso fue puesto
el 4 de septiembre de 2013.
Puedes añadirlas o avisar al autor principal del artículo
en su página de discusión pegando: {{subst:Aviso referencias|Superfluido
polaritón}} ~~~~
Físicos de la Universidad norteamericana de Pittsburg han
creado una nueva forma de materia, denominada “superfluido polaritón”, que
combina y mejora las características de los láseres y los superconductores.
Según David Snoke (en la imagen), jefe del equipo, se trata de un sólido con
varias partículas de energía conocidas como “polaritones” que han sido
atrapadas y frenadas.
Sus responsables afirman que este nuevo estado de la
materia conduce la electricidad sin pérdidas a temperaturas más altas que los
superconductores convencionales, y creen que podrían conseguir en un futuro
cercano su funcionamiento incluso a temperatura ambiente. Asimismo, explican,
conduce las emisiones de luz de manera más eficiente energéticamente que los
láseres convencionales.
Materia fotónica
La materia fotónica es un estado de la materia en el cual los fotones se
comportan como si tuvieran masa e interactuan unos
con otros, formando «moléculas».
En condiciones normales, los fotones carecen de masa
en reposo y no pueden interactuar.1 2
Descripción Se
puede obtener materia fotónica a través del «acoplamiento dispersivo de luz en
átomos
con un alto grado de interacción y un estado de Rydberg
muy excitado».1 El
acoplamiento es debido a un proceso conocido como «bloqueo de Rydberg»,3 en
el cual las excitaciones provocadas por un fotón limitan la gama de
interacciones de otro fotón con los átomos que le rodean, lo que da como
resultado una interacción entre los fotones en cuestión.
El trabajo de los investigadores de Pittsburg es un paso
más hacia el objetivo de los científicos de crear nuevas tecnologías que
permitan la transmisión de señales ópticas a través de la materia sólida.
(Enseña
en un espacio de dos dimensiones la luminiscencia de la polarización mientras
se incrementa la emisión láser).
 |
Naturaleza de los reactivos
Las reacciones químicas se ven favorecidas cuando:
Muchos de los procesos químicos se llevan a cabo entre
reactivos en diferente fase (gas con solido), en estos casos la reacción se
lleva a cabo en interfase, esto quiere decir que se lleva a cabo en la
superficie de contacto entre ambos reactivos. En estos casos, si la superficie
de contacto es pequeña, la velocidad de reacción es pequeña y si la superficie
de contacto es grande, favorece la reacción y por consecuencia se incrementa la
velocidad.
Tamaño de la partícula Cuando los reactivos se encuentran en diferente fase, existe un forma de
incrementar su velocidad de reacción esta consiste en:
 |
Temperatura Cabe mencionar que la temperatura es
una medida de la energía cinética la cual esta asociada al movimiento de las
partículas que componen el sistema calorífico. Como sabemos, las moléculas de
cualquier compuesto tienen cierto movimiento:-En los sólidos, es reducido.-En
los líquidos, aumenta un poco.-En los gases, es mucho mayor.
A manera de conclusión podemos decir que a medida que
aumenta o disminuye la temperatura, el movimiento molecular aumenta o disminuye
de manera proporcional.
Entonces se pude afirmar que la velocidad de reacción
se incrementa con el aumento de la temperatura.Se ha determinado que por cada
10°C de incremento en la temperatura de reacción, se tiene que la velocidad
casi se duplica o se triplica, aunque este incremento de temperatura depende de
la naturaleza de los reactivos.
Concentración
Dentro de una reacción química, sucede que al aumentar
la concentración de uno de los reactivos, se multiplica la velocidad de
reacción, veamos:
Para saber en qué medida se multiplica la velocidad de
reacción, se debe determinar de una manera cuantitativa la forma en que la
concentración de los reactivos influye en la velocidad de formación de los
productos, en necesario aplicar la ley de acción de masas (C.M. Guldberg, P.
Waage). Ejemplo:
Suponiendo que se lleva a cabo la siguiente reacción
hipotética:
Para poder calcular la velocidad de reacción es necesario utilizar la siguiente expresión matemática:
Dónde:
Observemos que la concentración del reactivo B no
tiene exponente ya que en la ecuación original tiene coeficiente 1, tenemos que
precisar que tanto el valor de la constante k como los exponentes de las concentraciones
se determinan experimentalmente, lo cual implica que pueden tomar valores
positivos, negativos o cero, esto dependiendo de las condiciones de la reacción
y de los valores de la concentración.
Catalizadores
Los catalizadores se describen como:
Entonces tenemos que un catalizador puede recuperarse
prácticamente intacto al término de la reacción.
Ejemplo:
Al momento de la descomposición del clorato de potasio
para la producción de oxígeno y cloruro de potasio, solo se añade una cantidad
de calor determinado, pero cuando se utiliza dióxido de manganeso (MnO2)
para catalizar la reacción, ésta se desarrolla con mucha mayor rapidez, en
condiciones controladas y con un menor gasto de energía.
Para identificar la presencia del catalizador, se
escribe la formula sobre la flecha de reacción, pero no se debe de tomar en
cuenta para el balanceo de la ecuación ni para establecer la formación de
compuestos, ejemplo:
Se ha logrado establecer que los catalizadores no
solamente acelera la reacción sino que ayuda a que la reacción se lleva a cabo
por otro camino más sencillo y con menor gasto de energía.
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