viernes, 8 de febrero de 2013

Los nuevos estados de la Materia


HASTA 1879 SE PENSABA QUE EXISTÍAN SOLO TRES ESTADOS DE LA MATERIA: SÓLIDO, LÍQUIDO Y GASEOSO. HOY EN DÍA SE CONOCEN MUCHO MÁS, DESDE LOS SUPERFLUÍDOS AL PLASMA DE QUARK.

Las propiedades de la materia no dependen solamente del tipo de átomos que la forman, sino también de variables como la temperatura y la presión, que describen el estado interno. Cuanto más elevada la temperatura, mayor es el movimiento de los átomos. Algunas veces, una mínima variación de temperatura cambia completamente el estado, por ejemplo, en los procesos de fusiones o de ebulliciones.

Del gas al plasma

Si comenzamos a analizar el estado del gas, veremos que está definido por el hecho de no tener ni forma ni volumen bien definido. Los gases normales están constituidos por átomos o moléculas eléctricamente neutros que se mueven libremente en el espacio. Pero si la temperatura aumenta y va más allá de cierto límite, los electrones se separan de los átomos. Nace así el plasma, un gas de electrones e iones (átomos que a pesar de haber perdido electrones tiene carga positiva).

El plasma es un estado muy difundido en naturaleza, pero fue descubierto en 1879 por Sir William Crookes. A diferencia del gas normal, el plasma conduce electricidad y tiene propiedades magnéticas (relámpagos, llamas, auroras boreales, etc), en otras palabras el 99% de la materia es plasma.

En caso que se aumentara la temperatura por sobre millones de grados, se evaporarían los núcleos atómicos, y la materia se convertiría  en una “sopa” de electrones, luces, quarks y gluones. Esta situación es aún un estado poco conocido.

Estudiando el comportamiento de quarks y gluones libres en el plasma, los científicos del RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) esperan aprender más sobre la fuerza nuclear fuerte - la fuerza que mantiene unidos a los quarks en protones y neutrones
Sólidos, líquidos y superfluidos

En una realidad cotidiana, de gases normales como aire y vapor, ¿qué cosa sucedería si en lugar de aumentar la temperatura, la bajáramos? Ocurriría exactamente lo contrario: las moléculas en lugar de separarse se agruparían para formar los líquidos (sustancias con volumen definido pero sin forma determinada).

A – 100°C se condensa el vapor, a –56,6°C se licua el anhídrido carbónico y a valores menores de –268,92°C se convierte en líquido. Cuando la temperatura es muy baja, cerca del cero absoluto (-273,15°C) la materia cambia de apariencia y está caracterizada por fenómenos extraños, basados en las leyes de la física microscópica.
Por ejemplo, el helio se convierte en un superfluido a temperaturas muy cercanas a –272°C, o sea un grado sobre el cero absoluto. En otras palabras, cualquier líquido puede ser puesto en movimiento en un recipiente si lo agitamos, una comparación la podemos tener cuando movemos el café en una taza con una cucharita para disolver el azúcar, pero cierto tiempo después deja de moverse, debido a la fricción, es el caso del helio, que a determinada temperatura se convierte en superfluido y al moverlo, como el café con la cucharita, no se para, ignorando  la fricción.

Otro fenómeno frío es el de la superconductividad, estado en la cual al interno de algunos metales o cerámicos la corriente fluye como un superfluido (sin disipaciones).
La superfluidad es una excepción, normalmente cuando se baja la temperatura hasta un cierto valor, la materia pasa del estado líquido al estado sólido, adquiriendo forma y volumen bien definido. Esto sucede porque los átomos se disponen uno cerca al otro, en búsqueda de una acomodación estable reduciendo al mínimo las pérdidas de energía. Cualquiera que sea esta acomodación  siempre es dependiente de la temperatura y la presión. En el caso del hielo, existen una docena, donde el más común es el amorfo (moléculas distribuidas de manera desordenada).
En total, en los sólidos están catalogadas 230 estructuras. ¿Ejemplos? Estructuras cúbicas (en el sodio), piramidal (en los diamantes) y hexagonales (en el grafito).
La investigación de los líquidos superfluidos ha ayudado a una mejor comprensión del comportamiento de la materia en sus estados energéticos más bajos y ordenados.

Dr. Maximiliano Arroyo Ulloa
USAT
  
Información adicional:

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Las cuatro fases
Cuanto más frío, mejor se ordenan los átomos
en los sólidos, los átomos son fijos y ordenados,
en los líquidos, los átomos están cerca uno de otro,
los átomos del gas se mueven libremente,
el plasma es un gas de electrones e iones (átomos sin electrones)
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Gluones
El término proviene de la palabra inglesa “glue” (pegamento), y son partículas que unen a los quarks entre sí. Los gluones no poseen masa, pero son inseparables de la masa de los quarks.

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