I 9 stati di aggregazione della materia

Tradizionalmente si pensa che la materia possa essere trovata solo in tre stati: solido, liquido e gassoso. Tuttavia, questo non è vero. Si sono visti altri stati di aggregazione della materia che, sebbene rari, sembrano esistere anche.

Successivamente vedremo le caratteristiche principali di ciascuno di questi stati, chi ha scoperto il più recente e quali sono i processi che fanno passare un oggetto da uno stato all'altro.

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Stati di aggregazione della materia: cosa sono?

In fisica, lo stato di aggregazione della materia è inteso come uno dei modi caratteristici in cui la materia può essere presentata. Storicamente, la distinzione tra stati della materia è stata fatta sulla base di proprietà qualitative, come la solidità dell'oggetto, il comportamento dei suoi atomi o la sua temperatura, la classificazione tradizionale essendo quella di liquido, solido e gas.

Tuttavia, grazie alla ricerca in fisica, sono stati scoperti e sollevati altri stati che potrebbero si verificano in situazioni che, normalmente, non è possibile replicare, come estremamente alto o basso temperature.

Successivamente vedremo i principali stati della materia, sia quelli che compongono la classificazione tradizionale sia quelli che sono stati scoperti in condizioni di laboratorio, oltre a spiegare le loro proprietà fisiche e come è possibile ottenerle.

Stati fondamentali

Tradizionalmente, si è parlato di tre stati della materia, a seconda di come si comportano i suoi atomi a diverse temperature. Questi stati sono fondamentalmente tre: solido, liquido e gas. Tuttavia, è stato successivamente incorporato nel plasma tra questi stati fondamentali. La cosa più notevole dei seguenti quattro stati è che è possibile osservarli in situazioni quotidiane, mentre si è a casa.

Per comprendere i quattro stati fondamentali di aggregazione della materia, in ogni sezione vediamo come l'H2O, cioè l'acqua, si presenta in ciascuno di questi stati.

1. Solido

Gli oggetti allo stato solido sono presentati in un modo definito, cioè la loro forma non cambia normalmente, non è possibile alterarla senza applicare una grande forza o cambiare lo stato dell'oggetto in questione.

Gli atomi di questi oggetti si intrecciano formando strutture definite, che conferisce loro la capacità di resistere alle forze senza deformare il corpo in cui si trovano. Questo rende questi oggetti duri e resistenti.

L'H2O allo stato solido è ghiaccio.

Gli oggetti allo stato solido hanno solitamente le seguenti caratteristiche:

• Alta coesione.
• Forma definita.
• Memoria di forma: a seconda dell'oggetto, ritorna com'era al momento della deformazione.
• Sono praticamente incomprimibili.
• Resistenza alla frammentazione
• Nessuna fluidità.

2. Liquido

Se la temperatura di un solido viene aumentata, è probabile che finisca per perdere la sua forma fino a quando la sua struttura atomica ben organizzata scompare completamente, diventando un liquido.

I liquidi hanno la capacità di fluire perché i loro atomi, sebbene continuino a formare molecole organizzate, non sono così vicini tra loro, avendo più libertà di movimento.

H2O allo stato liquido è acqua normale e ordinaria.

Allo stato liquido, le sostanze hanno le seguenti caratteristiche:

• Meno coesione.
• Non hanno forma concreta.
• Fluenza.
• Poco comprimibile
• Al freddo si contraggono.
• Possono presentare diffusione.

3. Gas

Allo stato gassoso la materia è costituita da molecole che non sono legate tra loro, avendo poca forza attrattiva reciproca, il che fa sì che i gas non abbiano una forma o un volume definiti.

Grazie a questo, si espandono completamente liberamente, riempiendo il contenitore che li contiene. La sua densità è molto inferiore a quella di liquidi e solidi.

Lo stato gassoso di H2O è vapore acqueo.

Lo stato gassoso ha le seguenti caratteristiche:

• Coesione quasi nulla.
• Nessuna forma definita.
• Volume variabile.
• Tendono a occupare più spazio possibile.

4. Plasma

Molte persone non conoscono questo stato della materia, il che è curioso, poiché è lo stato più comune nell'universo, poiché è ciò di cui sono fatte le stelle.

In sostanza, il plasma è un gas ionizzato, cioè gli atomi che lo compongono si sono separati dai loro elettroni, che sono particelle subatomiche che normalmente si trovano all'interno degli atomi.

Pertanto, il plasma è come un gas, ma costituito da anioni e cationi, rispettivamente ioni caricati negativamente e positivamente. Questo rende il plasma un eccellente conduttore.

Nei gas, essendo ad alte temperature, gli atomi si muovono molto velocemente. Se questi atomi entrano in collisione tra loro in modo molto violento, provoca il rilascio degli elettroni al loro interno. Tenendo conto di ciò, è comprensibile che i gas che si trovano sulla superficie del Sole siano costantemente ionizzati, perché c'è molta temperatura, facendoli diventare plasma.

Le lampade fluorescenti, una volta accese, contengono plasma al loro interno. Inoltre, il fuoco di una candela sarebbe plasma.

Caratteristiche dei plasmi:

• Conducono elettricità.
• Sono fortemente influenzati dai campi magnetici.
• I suoi atomi non costituiscono una struttura definita.
• Emettono luce.
• Sono ad alte temperature.

Nuovi stati

Non ci sono solo i quattro stati già citati. In condizioni di laboratorio, molti altri sono stati proposti e scoperti.. Successivamente vedremo diversi stati di aggregazione della materia che difficilmente potrebbero essere osservati mentre a casa, ma che possono essere stati creati deliberatamente in strutture scientifiche o sono stati ipotizzato.

5. Condensato di Bose-Einstein

Originariamente previsto da Satyendra Nath Bose e Albert Einstein nel 1927, il condensato di Bose-Einstein fu scoperto nel 1995 dai fisici Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle e Carl E. Wieman.

Questi ricercatori hanno raggiunto raffreddare gli atomi ad una temperatura 300 volte inferiore a quella raggiunta fino ad oggi. Questo condensato è costituito da bosoni.

In questo stato della materia gli atomi sono completamente immobili. La sostanza è molto fredda e ha un'alta densità.

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6. Condensato di Fermi

Il condensato di Fermi è costituito da particelle fermioniche e sembra simile al condensato di Bose-Einstein, solo che invece di utilizzare i bosoni vengono utilizzati i fermioni.

Questo stato della materia è stato creato per la prima volta nel 1999, anche se solo nel 2003 potrebbe essere replicato con atomi anziché solo fermioni, una scoperta fatta da Deborah S. Jin.

Questo stato di aggregazione della materia, che si trova a basse temperature, rende la materia superfluida, cioè la sostanza non ha viscosità.

7. Super solido

Questo stato della materia è particolarmente strano. Consiste nel portare gli atomi di elio (4) a temperature molto basse, prossime allo zero assoluto.

Gli atomi sono disposti in modo simile a come ci si aspetterebbe in un solido normale, come il ghiaccio, solo qui, anche se sarebbero congelati, non sarebbero in uno stato totalmente immobile.

Gli atomi iniziano a comportarsi in modo strano, come se fossero un solido e un fluido allo stesso tempo. È quando le leggi dell'incertezza quantistica iniziano a prevalere.

8. Super cristallo

Un supercristallo è una fase della materia caratterizzata dall'avere superfluidità e, allo stesso tempo, una struttura amorfa solidificata.

A differenza dei normali cristalli, che sono solidi, i super cristalli hanno la capacità di fluire senza qualsiasi tipo di resistenza e senza rompere la struttura propriamente cristallina in cui si trova atomi.

Questi cristalli sono formati da l'interazione di particelle quantistiche a basse temperature e ad alta densità.

9. Superfluido

Il superfluido è uno stato della materia in cui la sostanza non presenta alcun tipo di viscosità. Questo differisce da quella che sarebbe una sostanza molto fluida, che sarebbe una che ha una viscosità vicina allo zero, ma ha ancora viscosità.

Il superfluido è una sostanza che, se fosse in un circuito chiuso, scorrerebbe all'infinito senza attrito. Fu scoperto nel 1937 da Piotr Kapitsa, John F. Allen e Don Misener.

Cambiamenti di stato

I cambiamenti di stato sono processi in cui uno stato di aggregazione della materia cambia in un altro mantenendo una somiglianza nella sua composizione chimica. Successivamente vedremo le diverse trasformazioni che la materia può presentare.

1. Fusione

È il passaggio da uno stato solido a uno liquido attraverso il calore. Il punto di fusione è inteso come la temperatura alla quale un solido deve essere esposto per fondere, e è qualcosa che varia da sostanza a sostanza. Ad esempio, il punto di fusione del ghiaccio nell'acqua è 0 gradi Celsius.

2. solidificazione

È il passaggio da un liquido a un solido attraverso la perdita di temperatura. Il punto di solidificazione, chiamato anche congelamento, è la temperatura alla quale un liquido diventa solido. Abbina il punto di fusione di ogni sostanza.

3. Evaporazione e ebollizione

Sono i processi mediante i quali un liquido passa allo stato gassoso. Nel caso dell'acqua, il suo punto di ebollizione è di 100 gradi Celsius.

4. Condensazione

È il cambiamento di stato della materia da gas a liquido. Può essere inteso come il processo opposto all'evaporazione.

Questo è ciò che accade al vapore acqueo quando piove, poiché la sua temperatura scende e il gas passa allo stato liquido, precipitando.

5. sublimazione

È il processo che consiste nel cambiamento di stato di una materia che si trova allo stato solido passando allo stato gassoso, senza passare lungo il percorso allo stato liquido.

Un esempio di una sostanza che è in grado di sublimare è ghiaccio secco.

6. Sublimazione inversa

Esso consiste in un gas diventa uno stato solido senza prima trasformarsi in un liquido.

7. deionizzazione

È il passaggio da plasma a gas.

8. Ionizzazione

È il passaggio da un gas a un plasma.

Riferimenti bibliografici:

• Pérez-Aguirre, G. (2007). Chimica 1. Un approccio costruttivista. Messico. Pearson Education.
• Valenzuela-Calahorro, C. (1995). Chimica generale. Introduzione alla chimica teorica. Salamanca, Spagna. Università di Salamanca.