Química/Descripción molecular de gases, líquidos y sólidos

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Estructura de la materia en la escala: macroscópica, microscópica y nanoscópica. Material cristalino (arriba) y polímero (parte inferior).

Toda la materia está formada por moléculas (también consideramos las moléculas monoatómicas).

Para cada sustancia, las moléculas tienen un modo particular de agregarse. Esto da origen a los estados de agregación sólido, líquido y gaseoso.

Macroscópicamente describimos a los sólidos como sustancias con volumen y forma definidos. A nivel molecular veríamos que las moléculas están relativamente fijas (excepto por la agitación térmica) en posiciones bien definidas del espacio. Esto es debido a la fuerza de las interacciones intermoleculares de la sustancia en cuestión, las cuales son tan fuertes que no permiten mucha libertad de movimiento a las moléculas del sólido.

Para el caso de un líquido, veríamos que las moléculas tienen mucha más libertad de movimiento, aunque se mantienen a distancias relativamente cortas, unas de otras. Esto lo racionalizaríamos como debido a interacciones intermoleculares más débiles que en el sólido, por lo cual los líquidos mantienen su volumen pero no su forma.

Para el caso del gas, las interacciones intermoleculares son tan débiles que permiten completa libertad de movimiento de las moléculas que lo constituyen. Por esta razón, los gases no mantienen su forma ni su volumen. De hecho, el modelo teórico más simple que existe para los gases (el modelo del gas ideal) supone que las moléculas del gas no interactúan en modo alguno.

Tipos de cambio de estado[editar]

Son los procesos en los que un estado de la materia cambia a otro manteniendo una semejanza en su composición. A continuación se describen los diferentes cambios de estado o transformaciones de fase de la materia:

  • Fusión: Es el paso de un sólido al estado líquido por medio del calor; durante este proceso endotérmico (proceso que absorbe energía para llevarse a cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece constante. El "punto de fusión" es la temperatura a la cual el sólido se funde, por lo que su valor es particular para cada sustancia. Dichas moléculas se moverán en una forma independiente, transformándose en un líquido. Un ejemplo podría ser un hielo derritiéndose, pues pasa de estado sólido al líquido.
  • Solidificación: Es el paso de un líquido a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es exotérmico. El "punto de solidificación" o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y coincide con el punto de fusión si se realiza de forma lenta (reversible); su valor es también específico.
  • Vaporización y ebullición: Son los procesos físicos en los que un líquido pasa a estado gaseoso. Si se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión continuar calentándose el líquido, éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión del agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la temperatura del gas.
  • Condensación: Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se pasa de forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa. Si se produce un paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación.
  • Sublimación: Es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.
  • Sublimación inversa: Es el paso directo del estado gaseoso al estado sólido.
  • Desionización: Es el cambio de un plasma a gas.
  • Ionización: Es el cambio de un gas a un plasma.

Es importante hacer notar que en todas las transformaciones de fase de las sustancias, éstas no se transforman en otras sustancias, solo cambia su estado físico.

Los cambios de estado están divididos generalmente en dos tipos: progresivos y regresivos.

Cambios progresivos: Vaporización, fusión y sublimación progresiva.

Cambios regresivos: Condensación, solidificación y sublimación regresiva


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