1.2: Estados de la materia

Objetivos de aprendizaje

• Describir las fases sólida, líquida y gaseosa de la materia.

El agua puede tomar muchas formas. A bajas temperaturas (abajo\(0^\text{o} \text{C}\)), es un sólido. Cuando a temperaturas “normales” (entre\(0^\text{o} \text{C}\) y\(100^\text{o} \text{C}\)), es un líquido. Mientras que a temperaturas superiores\(100^\text{o} \text{C}\), el agua es un gas (vapor). El estado en el que se encuentra el agua depende de la temperatura. Cada estado (sólido, líquido y gas) tiene su propio conjunto único de propiedades físicas.

Figura\(\PageIndex{1}\): La materia suele clasificarse en tres estados clásicos. De izquierda a derecha: cuarzo (sólido), agua (líquido), dióxido de nitrógeno (gas).

La materia generalmente existe en uno de tres estados: sólido, líquido o gas y estos diferentes estados de la materia tienen diferentes propiedades (Tabla\(\PageIndex{1}\)):

• Un gas es un estado de materia en el que los átomos o moléculas tienen suficiente energía para moverse libremente. Las moléculas entran en contacto entre sí sólo cuando chocan aleatoriamente. Las fuerzas entre átomos o moléculas no son lo suficientemente fuertes como para mantenerlos unidos.
• Un líquido es un estado de materia en el que átomos o moléculas están constantemente en contacto pero tienen suficiente energía para mantener posiciones cambiantes entre sí. Las fuerzas entre átomos o moléculas son lo suficientemente fuertes como para mantener las moléculas relativamente juntas pero no lo suficientemente fuertes como para evitar que se muevan más allá de las otras.
• Un sólido es un estado de materia en el que los átomos o moléculas no tienen suficiente energía para moverse. Están constantemente en contacto y en posiciones fijas entre sí. Las fuerzas entre átomos o moléculas son lo suficientemente fuertes como para mantener unidas las moléculas y evitar que se muevan más allá de las otras.

El estado que exhibe una sustancia dada es una propiedad física. Algunas sustancias existen como gases a temperatura ambiente (oxígeno y dióxido de carbono), mientras que otras, como el agua y el mercurio metálico, existen como líquidos. La mayoría de los metales existen como sólidos a temperatura ambiente. Todas las sustancias pueden existir en cualquiera de estos tres estados. La figura\(\PageIndex{2}\) muestra las diferencias entre sólidos, líquidos y gases a nivel molecular. Un sólido tiene un volumen y forma definidos, un líquido tiene un volumen definido pero no una forma definida, y un gas no tiene ni un volumen ni forma definidos (Tabla\(\PageIndex{1}\)).

Figura\(\PageIndex{2}\): Los tres estados o fases más comunes de la materia son sólido, líquido y gas. (CC BY-4.0; OpenStax)

Un vaso de precipitados etiquetado como sólido contiene un cubo de materia roja y dice que tiene forma y volumen fijos. Un vaso de precipitados marcado con líquido contiene un líquido de color rojo parduzco. Este vaso dice toma forma de recipiente, forma superficies horizontales, tiene volumen fijo. El vaso de precipitados etiquetado con gas se llena con un gas marrón claro. Este vaso dice que se expande para llenar recipiente.

Estas tres descripciones implican cada una que la materia tiene ciertas propiedades físicas cuando se encuentra en estos estados. Un sólido tiene una forma definida y un volumen definido. Los líquidos normalmente tienen un volumen definido pero no una forma definida; toman la forma de sus recipientes. Los gases no tienen una forma definida ni un volumen definido, y se expanden para llenar sus contenedores. Nos encontramos con materia en cada fase todos los días; de hecho, regularmente encontramos agua en las tres fases: hielo (sólido), agua (líquido) y vapor (gas).

Tabla\(\PageIndex{1}\): Características de cada fase de la materia

	Gas	Líquido	Sólido
Forma	sin forma definida (toma la forma de su contenedor)	sin forma definida (toma la forma de su contenedor)	forma definida (rígida)
Volumen	las partículas se mueven en movimiento aleatorio con poca o ninguna atracción entre sí	tiene un volumen definido	volumen definido
Movilidad	las partículas se mueven en movimiento aleatorio con poca o ninguna atracción entre sí	las partículas son libres de moverse unas sobre otras, pero aún se sienten atraídas entre sí	partículas vibran alrededor de ejes fijos
Compresibilidad	altamente compresible	débilmente compresible	débilmente compresible

Agregar energía a la materia le da a sus átomos o moléculas la capacidad de resistir algunas de las fuerzas que los mantienen unidos. Por ejemplo, calentar el hielo hasta su punto de fusión le da a sus moléculas la energía suficiente para moverse. El hielo se derrite y se convierte en agua líquida. De igual manera, calentar el agua líquida hasta su punto de ebullición le da a sus moléculas la energía suficiente para separarse unas de otras para que ya no tengan contacto. El agua líquida se vaporiza y se convierte en vapor de agua.

El estado de la materia depende de las condiciones externas

La temperatura de los puntos de fusión y ebullición depende de la identidad de la sustancia y de la presión atmosférica. Cada sustancia tiene sus propios puntos de ebullición y fusión que dependen de las propiedades de la sustancia. Como ejemplo, los valores para el agua se dan en la Tabla\(\PageIndex{2}\). Observe cómo el punto de ebullición del agua varía mucho con la presión.

Tabla\(\PageIndex{1}\): Punto de ebullición del agua en función de la presión

Altitud (ft)	Presión (atm)	Punto de ebullición (^o C)
-500	1.05	100.5
0	1.00	100
4000	0.892	96
7000	0.797	93

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

El alcohol isopropílico es un compuesto químico incoloro e inflamable con un fuerte olor. Su punto de fusión es de -89°C y su punto de ebullición es de 82.5°C. Es el alcohol isopropílico un sólido, líquido o gas a temperatura ambiente (25°C).

Solución

Dado que la temperatura ambiente (25°C) está por encima del punto de fusión del alcohol isopropílico (-89°C), pero menor que su punto de ebullición (82.5°C), es un líquido a temperatura ambiente.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

El freón-12 se utiliza como refrigerante y propelente en aerosol. Su punto de fusión es -157.7°C y su punto de ebullición es de -29.8 °C. Es el alcohol isopropílico un sólido, líquido o gas a temperatura ambiente (25°C).

Responder

Freón-12 es un gas a temperatura ambiente

Colaboradores y Atribuciones

• CK-12 Foundation by Sharon Bewick, Richard Parsons, Therese Forsythe, Shonna Robinson, and Jean Dupon.

• Allison Soult, Ph.D. (Department of Chemistry, University of Kentucky)