Artículo sobre las fases de la materia (basado en propiedades microscópicas)
En la vida cotidiana, solemos encontrarnos con tres estados diferentes de la materia: sólidos (por ejemplo, piedras, hierro, etc.), líquidos (agua, gasolina, etc.) y gaseosos (aire, etc.). Estos tres estados se distinguen por su capacidad para mantener su forma y tamaño.
Los sólidos generalmente mantienen una forma y un volumen fijos. Los líquidos no conservan una forma definida, sino que se adaptan al recipiente que los contiene. Por ejemplo, si vertemos agua en un vaso, su forma cambia. Si la vertemos en una bañera, su forma también cambia. El volumen de un líquido suele ser constante. Si colocamos un vaso de agua en una bañera, el volumen permanece igual. La forma del agua puede cambiar, pero su volumen nunca varía. Cabe mencionar que la cantidad de sólidos y líquidos puede cambiar si se les aplica una fuerza suficiente.
¿Y qué ocurre con el gas? El gas no tiene forma ni volumen fijos. Su forma y tamaño se ajustan siempre a la forma y el tamaño del recipiente que lo contiene. Por ejemplo, si inflamos un neumático de un coche, el gas cambia de forma similar a como lo hace un neumático. Lo mismo sucede con el volumen. Dentro de una carcasa, el gas se expande hasta llenar todo el espacio del neumático. En este caso, la cantidad de gas cambia como el volumen de un neumático. Si inflamos un globo (le echamos aire), la forma y el volumen del aire cambiarán, al igual que la forma y el volumen del globo.
Hasta ahora, solo hemos distinguido las tres formas de materia basándonos en sus propiedades macroscópicas (propiedades macroscópicas = la forma y el tamaño de la sustancia). Por supuesto, esto se basa en los resultados de nuestras mediciones y observaciones diarias. Veremos la diferencia entre las tres formas de materia basándonos en sus propiedades microscópicas. Cada sustancia está compuesta de átomos o moléculas. Cuando decimos que una roca es estable, nunca sabemos qué sucede con los átomos o moléculas que están dentro de la base para que la piedra se vuelva sólida. Lo mismo ocurre con el agua. ¿Qué sucede con los átomos o moléculas que forman charcos para que el agua esté en fase líquida y la atmósfera no sea visible?
Las sustancias se forman en función de sus propiedades microscópicas.
Antes de analizar las diferencias entre sólidos, líquidos y gases según sus características microscópicas, examinemos un objeto. Por ejemplo, las piedras. Si observamos con atención la arena, veremos que cada parte de la piedra permanece unida. Aunque se lance y se lance, su forma y tamaño no cambian. Generalmente, todos los elementos de la roca se encuentran siempre en una sola unidad. ¿Por qué? Reflexionemos un momento.
Dentro de la piedra hay átomos o moléculas. Ahora imagina una roca. Intenta imaginar que la arena está compuesta de pequeños trozos. Cuanto más pequeños son los trozos de piedra, más pequeños se vuelven. Imagina los átomos como una esfera diminuta. En cambio, las moléculas consisten en varias esferas unidas.
En las rocas hay muchísimas moléculas o átomos mínimos. ¿Te imaginas la cantidad de átomos que hay en una piedra?
El diámetro de un átomo es de aproximadamente 10⁻¹⁰ m . Si imaginamos un átomo como una esfera, su diámetro sería de 10⁻¹⁰ metros . Mínimo e imperceptible a simple vista… Solo imaginable. Las moléculas son átomos unidos, por lo que su tamaño es mayor que el de un átomo. Pero tampoco se pueden ver a simple vista.
Si los átomos o las moléculas no forman una sola unidad, por supuesto, cada parte de la piedra no se mantiene unida. Cada fragmento de roca se mantiene unido, lo que le da forma sólida. ¿Por qué no se separan los átomos o las moléculas?
En efecto, los átomos o moléculas se atraen entre sí. Si no se unieran, se dispersarían por todas partes. Cada átomo o molécula se despediría de un compañero. Así, los fragmentos de piedra se esparcirían por doquier. Las partes de la roca también se dispersarían y, finalmente, no podríamos verlas. Los fragmentos de piedra también están compuestos de átomos o moléculas. El tamaño de los átomos es diminuto, por lo que, si estuvieran separados, obviamente no podríamos verlos… Pero la realidad es diferente.
La piedra parece sólida; cada una de sus partes se mantiene unida. Por lo tanto, podemos concluir que los átomos o moléculas que forman los objetos sólidos deben atraerse entre sí.
La fuerza de atracción entre átomos o moléculas es una fuerza electromagnética. La presencia de fuerzas atractivas hace que los átomos o moléculas se acerquen. Cuando se produce una colisión, los electrones de la parte más externa del átomo o molécula se repelen entre sí (repulsión eléctrica). Esta distancia provoca que los átomos y moléculas se muevan hacia atrás. Aunque se muevan hacia atrás, debido a la atracción existente, vuelven a acercarse. Los átomos o moléculas vibran y se mueven de un lado a otro manteniendo una distancia mínima.
La diferencia entre sólidos, líquidos y gases, basada en sus propiedades microscópicas reales, radica en la fuerza o debilidad de la atracción entre los átomos o moléculas de las tres sustancias.
Sólida
En los sólidos, las fuerzas de atracción entre átomos o moléculas son tan intensas que los átomos o moléculas que los componen permanecen siempre en una posición fija. Los átomos o moléculas en los sólidos se mueven de un lado a otro (vibran), pero siguen vibrando en el mismo lugar.
La fuerza de atracción entre los átomos o moléculas de estos sólidos es la razón por la que su forma y volumen permanecen constantes. Incluso si se lanzan o golpean, la forma de la piedra o el hierro difícilmente cambia debido a la fuerte fuerza de atracción entre los átomos o moléculas. Al colocar rocas o metal en un cubo o una bañera, su volumen no varía. Por lo tanto, la fuerte atracción entre los átomos o moléculas que componen estos sólidos hace que se mantengan como una unidad y que su forma parezca sólida.
La disposición de los átomos o moléculas que forman los sólidos es como se muestra en la imagen (también conocida como red cristalina). Esta imagen está ampliada. Los átomos o moléculas son diminutos.
Liquid
En los líquidos, la fuerza de atracción entre átomos o moléculas es menor, por lo que pueden moverse libremente, superponiéndose unos a otros. Si bien los átomos o moléculas que componen el líquido pueden moverse libremente, no pueden separarse. La magnitud de la atracción aún impide que se dispersen.
La razón es que, si bien la forma de un líquido puede cambiar, su volumen siempre permanece constante. Cuando vertemos agua en un vaso, la fuerza de atracción entre los átomos o las moléculas no es lo suficientemente fuerte como para que el agua cambie de forma, como ocurre con el vaso. En cambio, cuando vertemos agua en una bañera, la menor fuerza de atracción entre los átomos o las moléculas hace que el agua se adapte a la forma de la bañera. El volumen de un líquido siempre es constante porque la fuerza de atracción entre los átomos o las moléculas aún puede mantenerlos unidos. Los átomos o las moléculas que componen el agua no se dispersan, por lo que el volumen permanece constante.
La posición del átomo o molécula que compone el líquido, como se muestra en la imagen (la flecha indica la dirección del movimiento).
Gas
En los gases, la atracción entre átomos o moléculas es débil. Se mueven libremente porque no hay enlaces entre ellos. Esta débil atracción hace que los átomos o moléculas que forman el gas se dispersen por todas partes. Los átomos que forman el gas son más libres que los que forman los sólidos o líquidos.
La posición de los átomos o moléculas que forman un gas es la que se muestra en la figura.
La atracción gravitatoria es la razón por la que la forma y el volumen de un gas pueden cambiar, y por la que el ojo humano no puede ver el aire. El tamaño de los átomos o moléculas es tan pequeño que, si se dispersan por todas partes, no podemos verlos. El tamaño de la arena o el azúcar es mucho mayor que el de los átomos o moléculas, por lo que, incluso si se dispersan, los granos de arena aún pueden verse a simple vista, aunque con cierta dificultad.
Las sustancias sólidas o líquidas se pueden ver porque sus átomos o moléculas no están dispersos. La fuerza de atracción entre ellas es suficiente para mantenerlas unidas. En el caso de los gases, esta fuerza es débil, por lo que no puede mantener unidos a sus átomos o moléculas. Esta débil atracción es también la razón por la que los gases y líquidos fluyen.
