Los estados de la materia y el espacio entre las partículas

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Existen al menos cuatro estados de la materia: sólido, líquido, gaseoso y plasma. El hielo es sólido y el mercurio es líquido a temperatura ambiente. El oxígeno es un gas. Sin embargo, los gases de un letrero de neón que no está encendido se convierten, cuando se les aplica electricidad, en plasma que emite luz. ¿Cuáles son las diferencias de estos estados de la materia? Es el espacio entre las partículas y las características de su interacción lo que determina su estado.

El estado sólido

Los sólidos no se limitan a átomos sin combinar, sino que pueden estar formados a partir de moléculas: la combinación química de átomos. El estado sólido consiste de partículas de materia que casi siempre están más juntas que en los otros estados de la materia. Cada una de las moléculas se encuentra rígidamente unida en una matriz, por eso normalmente hay pocos cambios durante la compresión. Los sólidos puede romperse en pedazos más pequeños, pero cada pedazo permanece sólido.

El estado líquido

Curiosamente, el espacio entre las partículas de un líquido no suele ser mucho mayor que el de los sólidos. Este hecho explica por qué los líquidos generalmente no se pueden comprimir mucho más que los sólidos. Sin embargo, en un líquido, las fuerzas que unen las partículas son debilitadas considerablemente mediante un incremento de energía. El proceso de derretimiento visualiza mejor esto. A medida que las partículas de un sólido rígidamente unido absorben energía térmica, se liberan gradualmente y movilizan. A medida que se proporciona más energía, las moléculas se mueven más rápidamente hasta que finalmente se liberan completamente y forman un gas vaporoso.

El estado gaseoso

En un gas, las partículas de un líquido se han liberado y se encuentran considerablemente más separadas. Por ejemplo, cuando el nitrógeno líquido se evapora, las partículas incrementan su separación por un factor de 10. Esto incrementa la compresibilidad del gas. Las fuerzas intermoleculares son tan pequeñas que las partículas de gas se mueven casi al azar, como bolas de billar. Ese patrón de movimiento se denomina movimiento browniano. Al continuar añadiendo energía térmica, el gas se expande. Por el contrario, cuando se comprime un gas, éste libera calor.

Plasma: el cuarto estado de la materia

Las moléculas de muchos sólidos pueden convertirse en líquidos. Las moléculas de muchos líquidos pueden convertirse en gases. Finalmente, si se les da la suficiente energía, las moléculas se descomponen en átomos. Los átomos de gas pueden perder electrones. Si se ionizan suficientes moléculas de gas de esta manera, y si esas particular están lo suficientemente cerca entre sí, se puede formar plasma. A partir de esto puede verse que el plasma se parece a un gas que contiene una mezcla de iones positivos y electrones. El plasma conduce la electricidad y también es influenciado por un campo magnético. Por estos motivos, el plasma se considera un estado diferente: el cuarto estado de la materia.