estados de agregacion de la materia: líquidos y solidos

LIQUIDOS

El estado líquido es un estado de agregación de la materia intermedio entre el estado solido y el estado gaseoso. Las moleculas de los líquidos no están tan próximas como las de los sólidos, pero están menos separadas que las de los gases. Las moléculas en el estado líquido ocupan posiciones al azar que varían con el tiempo. Las distancias intermoleculares son constantes dentro de un estrecho margen. En algunos líquidos, las moléculas tienen una orientación preferente, lo que hace que el líquido presente propiedades anisotropas (propiedades, como el indice de refacción , que varían según la dirección dentro del material).

Los líquidos presentan tencion superficial y capilaridad, generalmente se dilatan cuando se incrementa su temperatura y pierden volumen cuando se enfrían, aunque sometidos a compresión su volumen es muy poco variable a diferencia de lo que sucede con otros fluidos como los gases. Los objetos inmersos en algún líquido están sujetos a un fenómeno conocido como flotabilidad

Forma de los líquidos

Su forma es esfericasi sobre él no actúa ninguna fuerza externa. Por ejemplo, una gota de agua en caída libre toma la forma esférica.¹

Como fluido sujeto a la fuerza de la gravedad la forma de un líquido queda definida por su contenedor. En un líquido en reposo sujeto a la gravedad en cualquier punto de su seno existe una presión de igual magnitud hacia todos los lados, tal como establece el principio de pascal. Si un líquido se encuentra en reposo, la persion hidrostatica en cualquier punto del mismo viene dada por:

$p = \rho g z \,$

Donde $\rho$ es la densidad del líquido, $g$ es la gravedad (9,8 m/s²) y $z$ es la distancia del punto considerado a la superficie libre del líquido en reposo. En un fluido en movimiento la presión no necesariamente es isótropa, porque a la presión hidrostática se suma la presion hidrodinamica que depende de la velocidad del fluido en cada punto.

Cambios de estado

En condiciones apropiadas de temperatura y presión, la mayoría de las sustancias pueden existir en estado líquido. Cuando un líquido sobrepasa su punto de ebullición cambia su estado a gaseoso, y cuando alcanza su punto de congelacion cambia a solido. Aunque a presion atmosferica, sin embargo, algunos sólidos se sublimanal calentarse; es decir, pasan directamente del estado sólido al estado gaseoso (véase evaporacion). La densidad de los líquidos suele ser algo menor que la densidad de la misma sustancia en estado sólido. Algunas sustancias, como el agua, son más densas en estado líquido.

Por medio de la destilacion fraccionada, los líquidos pueden separarse de entre sí al evaporarse cada uno al alcanzar sus respectivos puntos de ebullicion. La cohesión entre las moleculas de un líquido no es lo suficientemente fuerte por lo que las moléculas superficiales se pueden evaporar.

SÓLIDOS

Un cuerpo sólido es uno de los cuatro estado de la agregación de la materia (siendo los otrosgas, liquido, plasma y el bose-einstein), se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Sus partículas se encuentran juntas y correctamente ordenadas. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas. Existen varias disciplinas que estudian los sólidos:

La fisica del estado solido estudia de manera experimental y teórica la materia condensada, es decir, de liquidos y sólidos que contengan más de 10¹⁹ átomos en contacto entre sí¹
La mecánica de solidos deformables estudia propiedades microscópicas desde la perspectiva de la mecanica de medios continuos (tensión, deformación, magnitudes termodinámicas, &c.) e ignora la estructura atómica interna porque para cierto tipo de problemas esta no es relevante.
Laciencia de los materiales se ocupa principalmente de propiedades de los sólidos como estructura y transformaciones de fase.
Laquimica del estdo solido se especializa en la síntesis de nuevos materiales.

Manteniendo constante la presion a baja temperatura los cuerpos se presentan en forma sólida y encontrándose entrelazados formando generalmente estructuras cristalinas. Esto confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Son, por tanto, agregados generalmente rígidos, incompresibles (que no pueden ser comprimidos), duros y resistentes. Poseen volumen constante y no se difunden, ya que no pueden desplazarse.

El sólido más ligero conocido es un material artificial el aerogel con una densidad de 3 mg/cm³ ó 3 kg/m³, el vidrio que tiene una densidad de 1,9 g/cm³, mientras que el más denso es un metal, el osmio (Os), que tiene una densidad de 22,6 g/cm³

propiedades intensivas de los solidos

Elasticidad: Un sólido no recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad ya que vuelve a su forma original.
Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos fragmentos (quebradizo).
Dureza: hay sólidos que no pueden ser rayados por otros más blandos. El diamante es un sólido con dureza elevada.
Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como lo hacen los gases y los líquidos, excepto bajo presiones extremas del medio.
Volumen definido: Debido a que tienen una forma definida, su volumen también es constante.
Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dice que son más “pesados”
Flotación: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la del líquido en el cual se coloca.
Inercia: es la dificultad o resistencia que opone un sistema físico o un sistema social a posibles cambios, en el caso de los sólidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo.
Tenacidad: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un material a que se propaguen fisuras o grietas.
Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser labrados por deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.
Ductilidad: La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de ellas
Sólidos de red covalente

Un sólido de red covalente consiste en un conjunto de átomos mantenidos juntos por una red de enlaces covalentes (pares de electrones compartidos entre átomos de similar electronegatividad), y de ahí que puedan ser considerados como una sola gran molécula.El ejemplo clásico es el diamante otros ejemplos incluyen el silicio, el cuarzo y el grafito

Típicamente, los sólidos de red covalente tienen una gran fuerza, un gran módulo elástico, y un elevado punto de fusion. Su fuerza, rigidez, y alto punto de fusión son consecuencia de la fuerza y rigidez del enlace covalente que los mantiene unidos. También son característicamente quebradizos, debido a que la naturaleza direccional de los enlaces covalentes resiste fuertemente los movimientos asociados con el flujo plástico, y son, en efecto, rotos cuando ocurre dicho tipo de movimientos. Esta propiedad resulta en la fragilidad, por razones estudiadas en el campo de la mecanica de fractura. Los sólidos de red covalente varían en su comportamiento desde aislantes hasta semiconductores, dependiendo del tamaño de la banda prohibidadel material

Sólidos iónicos

Un solido ionico estándar consiste de átomos que se mantienen juntos por enlaces ionicos, esto es, por la atracción electrostática de cargas opuestas (el resultado de la transferencia de electrones del átomo de menor electronegatividad al de mayor electronegatividad). Entre los sólidos iónicos están los compuestos formados por metales alcalinos y metales alcalinoterreros, en combinación con halógenos; un ejemplo clásico es la sal de mesa,cloruro de sodio

Típicamente, los sólidos iónicos son de una fuerza intermedia, y son extremadamente quebradizos. Los puntos de fusión son moderadamente altos, pero algunas combinaciones de cationes y aniones moleculares producen un liquido ionico con un punto de fusión inferior a la temperatura ambiental. En todos los casos, las presiones de vapor son extraordinariamente bajas; esto es consecuencia de la gran energía requerida para mover una carga (o par de cargas) de un medio iónico hacia el espacio libre. Los sólidos iónicos tienen bandas prohibidas muy grandes, de ahí que sean aislantes.

Sólidos metálicos

Los solidos metalicos se mantienen unidos por una alta densidad de electrones deslocalizados, compartidos, lo que resulta en un"enlace metalico. Los ejemplos clásicos son los metales tales como el cobre y el aluminio, pero algunos materiales son metales en un sentido electrónico, pero tienen un enlace metálico despreciable en un sentido mecánico o termodinámico (ver formas intermedias).

Los sólidos con enlace metálico puro son dúctiles y, en su forma pura, tienen una fuerza baja; sus puntos de fusión son variables (dependiendo del metal, el mercurio se funde a -39 °C). Estas propiedades son consecuencia de la naturaleza no direccional y no polar del enlace metálico, en el que los planos de átomos pueden deslizarse uno sobre otro, sin perturbar las interacciones con el mar circundante de electrones deslocalizados. La mayor fuerza puede ser debida a la interferencia con las dislocaciones que median en las transformaciones plásticas. Más aún, algunos metales de transición exhiben enlace direccional, además de enlace metálico; esto incrementa la fuerza "shear" y reduce la ductilidad. Los sólidos metálicos no tienen, por definición, banda prohibida en el nivel de formi, de ahí que sean conductores.

Sólidos moleculares

Un solido molecular clásico consiste de pequeñas moléculas covalentes no polares, y es mantenido junto por fuerzas de dispercion de london; un ejemplo clásico es la cera de parafina. Estas fuerzas son débiles, y resultan en unas energías de enlace entre pares en el orden de 1/100 de los enlaces covalentes, iónicos, y metálicos. Las energías de enlace tienden a incrementarse con el incremento del tamaño molecular y la polaridad (ver formas inmediatas).

Sólidos amorfos

En un solido amorfo las partículas que conforman el sólido carecen de una estructura ordenada. Estos sólidos carecen de formas y caras bien definidas. Esta clasificación contrasta con la de solidos cristalinos, cuyos atomos están dispuestos de manera regular y ordenada formando redes cristalinas.

Muchos sólidos amorfos son mezclas de moleculas que no se pueden apilar bien. Casi todos los demás se componen de moléculas grandes y complejas. Entre los sólidos amorfos más conocidos destaca el vidrio.