Estados de la materia: sólido, líquido, gas y plasma

Tres formas de moverse

Todo lo que te rodea está hecho de partículas que nunca dejan de moverse. En un sólido vibran en su sitio, fijas en su posición, y por eso un sólido conserva su forma. En un líquido se mantienen cerca pero se deslizan unas junto a otras, así que un líquido conserva su volumen pero toma la forma del recipiente. En un gas están muy separadas y vuelan libremente, y por eso un gas llena cualquier recipiente que se le dé. La temperatura mide la rapidez media con que se mueven las partículas. Arrastra la temperatura en el laboratorio y mira cómo las mismas partículas pasan de temblar a deslizarse y a volar.

Los dos grandes números del agua

A la presión del nivel del mar, 101,325 kPa, el agua funde y se congela a 0 °C y hierve a 100 °C. Fíjate en algo raro mientras el hielo se derrite: la temperatura se queda en 0 °C hasta que desaparece todo el hielo, porque el calor se emplea en aflojar los enlaces entre moléculas y no en acelerarlas. Fundir 1 kg de hielo requiere unos 334 kJ. Convertir 1 kg de agua hirviendo en vapor requiere unos 2.260 kJ, casi siete veces más, y por eso las quemaduras de vapor son tan graves. La imagen sigue un bloque de hielo que se calienta y dibuja la línea de temperatura con sus escalones planos.

Plasma

Si calientas un gas lo suficiente, sus átomos empiezan a perder electrones. El resultado es plasma: un gas de iones con carga y electrones libres que brilla y conduce la electricidad. El rayo convierte en plasma el aire de su canal a unos 30.000 K. El Sol es una bola de plasma, y también lo son las estrellas, lo que hace del plasma el estado más común de la materia visible del Universo. En la Tierra lo encuentras en los letreros de neón y en las auroras cerca de los polos. A menudo se le llama el cuarto estado de la materia. En la imagen, los átomos pierden electrones que salen despedidos como chispas de luz mientras sube la temperatura.

La presión mueve el punto de ebullición

El agua hierve cuando su presión de vapor iguala la presión del aire que tiene encima. Si le quitas parte de esa presión, hierve antes. En la cima del Everest, donde la presión del aire es más o menos un tercio de la del nivel del mar, el agua hierve a unos 70 °C, temperatura suficiente para decepcionar a quien toma té. Si subes la presión ocurre lo contrario. Una olla a presión encierra el vapor hasta que la presión alcanza unas dos veces la del aire, y entonces el agua hierve a unos 120 °C y la comida se cocina más rápido. En el diagrama de fases un punto marca el estado del agua para cada temperatura y presión; muévelo y mira en qué región cae.

La rareza: el hielo flota

La mayoría de los líquidos se contraen al congelarse. El agua hace lo contrario. El agua líquida es más densa a unos 4 °C, y por debajo de esa temperatura sus moléculas empiezan a encajar en un patrón hexagonal abierto, sostenido por enlaces de hidrógeno. Por eso el hielo ocupa un 9 % más de espacio que el agua de la que procede, con una densidad de 0,92 g/cm³ frente a casi 1,00 del agua líquida, y por eso el hielo flota. En invierno un lago se enfría hasta que el agua de su superficie llega a 4 °C, el agua más densa se hunde y el hielo se forma arriba como una tapa. Debajo, el agua sigue líquida y los peces sobreviven. En el laboratorio, enfría el agua de 10 °C hacia 0 °C y mira cómo las partículas se abren en una red.

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