Sé que a ustedes como a mí, les enseñaron que solo había 3 estados de la materia (Solido, Liquido y Gaseoso), en mi caso conforme fui creciendo fui descubriendo otros, esta vez les traigo una lista de todos (o por lo menos los que conozco) estados o fases de la materia y algunas de sus características.

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En la imagen de arriba se nos muestran 5 de los más conocidos estados de la materia.                           Créditos: chem4kids.com

 

Los estados de la materia suelen distinguirse por cambios en su calor especifico, presión y temperatura; En el siglo XX aumento nuestra comprensión sobre los estados de la materia, se notó que esta podía tener propiedades exóticas en lugares no tan comunes, de hecho por eso solo se nos habla de solo 3 estados, los cuales son los presenciales en el planeta, o por lo menos los más comunes y fáciles de encontrar en la naturaleza sin ningún tipo de experimentación. Hablemos primeramente de los 3 clásicos para así poder entender a los demás, dentro de estos veremos las clasificaciones que se tienen de cada uno de ellos.

SOLIDO:

Cuando la materia se presenta en este estado suele tener forma rígida y definida, su volumen es constante, y sus partículas presentan una fuerza de cohesión mucho más mayor que la de repulsión (fuerza de repulsión = 0), adjunto al movimiento de vibración. Dentro de él existen otros tipos de sólidos, por ejemplo:

*Solido Amorfo: Este es un sólido donde no hay ningún orden en sus partículas (como lo es un sólido normal), digamos que es como un intermedio entre un liquidó y un sólido, un ejemplo muy sobresaliente de este es el vidrio. En este tipo de sólidos en cuanto más disminuye su temperatura mayor es su nivel de viscosidad, un proceso común para hacer este tipo de sólidos es la vitrificación.

Aquí se muestra la estructura molecular de un sólido amorfo. Créditos: Wikipedia.

Aquí se muestra la estructura molecular de un sólido amorfo.
Créditos: Wikipedia.

   *Solido Cristalino: Este es un sólido en el que sus partículas (moléculas, átomos) constituyentes se embalan en un orden regular, ósea es un sólido que presenta un patrón de difracción no difuso y bien definido. Estos no deben confundirse con los sólidos amorfos.

Aquí se muestra la estructura molecular de un sólido cristalino, podemos compararlo con el amorfo y ver que no son lo mismo. Créditos: Wikipedia.

Aquí se muestra la estructura molecular de un sólido cristalino, podemos compararlo con el amorfo y ver que no son lo mismo.
Créditos: Wikipedia.

   *Cristal Plástico: Este es un sólido de largo alcance molecular, tiene orden posicional pero sus moléculas constituyentes de retención tienen libertad de rotación (como en un líquido).

En la imagen podemos apreciar el movimiento de varios tipos cristales, entre ellos el Cristal Plástico. Créditos: physik.uni-augsburg.de

En la imagen podemos apreciar el movimiento de varios tipos cristales, entre ellos el Cristal Plástico.
Créditos: physik.uni-augsburg.de

   *Cuasi cristal: Este es un sólido en el que sus partículas tienen posición ordenada de largo alcance, pero no en un patrón a seguir. No tienen simetría traslacional.

En la imagen de muestra la estructura microscópica y molecular de un cuasi cristal. Créditos: experientadocet.com

En la imagen de muestra la estructura microscópica y molecular de un cuasi cristal.
Créditos: experientadocet.com

   *Supersolido: Este es un sólido capaz de moverse sin fricción, pero conserva su forma rígida. Los átomos de helio-4 que componen el sólido están congelados en una película cristalina, en este estado “congelado” no es lo mismo que “estacionario”. Este fenómeno se presenta a bajas temperaturas.

Podemos ver la estructura de las partículas de un supersolido (arriba) y el de un sólido ordinario (abajo) Créditos: naukas.com

Podemos ver la estructura de las partículas de un supersolido (arriba) y el de un sólido ordinario (abajo)
Créditos: naukas.com

LIQUIDO:

Cuando la materia esta en este estado tiene un volumen definido, pero no una forma, ósea que se puede adaptar a la forma del contenedor en el que esta, sus partículas no solo muestran una fuerza de cohesión y repulsión media, si no aparte de vibrar rotan y se trasladan entre ellas. También hay tipos de líquidos, por ejemplo:

*Cristal Líquido: Como su nombre lo indica tiene características tanto de líquido como de cristal, este tiene una fase en la que un gran número de bosones tiene el mismo estado cuántico, en efecto se convierte en una sola onda/partícula. Esta, al ser una fase de baja energía, solo se puede obtener en un laboratorio a temperaturas muy bajas, se considera que este está en una “meso fase”.

Cristal Líquido bajo microscopio. Créditos: wikispaces.com

Cristal Líquido bajo microscopio.
Créditos: wikispaces.com

*Mega uniformidad desordenada: Este líquido se comporta como cristal y líquido, la densidad de las partículas es de gran alcance como en un cristal, pero también de corto alcance como en un líquido, las partículas poseen las mismas propiedades físicas en todas las direcciones.

En la imagen vemos la estructura de un líquido con mega uniformidad desordenada. Créditos: livescience.com

En la imagen vemos la estructura de un líquido con mega uniformidad desordenada.
Créditos: livescience.com

*Fluido Supercrítico: Cuando se aumenta la temperatura de un líquido sabemos que este tiene la posibilidad de pasar a gas; Cuando se le aumentan la presión y la temperatura a un líquido se convierte en un fluido supercrítico.

En la gráfica podemos ver donde se posiciona el fluido supercrítico. Créditos: ccell11.com

En la gráfica podemos ver donde se posiciona el fluido supercrítico.
Créditos: ccell11.com

*Superfluido: Este líquido (o gas) se caracteriza por ausencia total de viscosidad (resistencia a fluir) ósea que puede fluir sin fricción, este fenómeno se da a temperaturas muy bajas. Ultimamamente se ha hablado de una variante de este llamada “Superfluido polariton” (descubierto por Físicos de la Universidad de Pittsburg) el cual se trata de un sólido con partículas de energía llamadas polaritones que ha sido atrapadas y frenadas.

En la imagen vemos la representación y la fotografía de un superfluido (helio). Créditos: El rincón de la Ciencia y la Tecnología.

En la imagen vemos la representación y la fotografía de un superfluido (helio).
Créditos: El rincón de la Ciencia y la Tecnología.

*Liquido String Net: Este estado parece tener disposición inestable (como un líquido) pero las partículas siguen teniendo un patrón coherente (como un sólido). Sin embargo se sigue en discusión si este estado existe o no.

Este es líquido con estructura molecular triangular (parecido al string net liquid) encontrado en un mineral llamado habertsmithita. Créditos: dakotamatrix.com

Este es líquido con estructura molecular triangular (parecido al string net liquid) encontrado en un mineral llamado habertsmithita.
Créditos: dakotamatrix.com

*Líquido de Hilatura Cuántica: Es un estado desordenado en sistema de espines cuánticos interactuando que conserva su desorden a temperaturas bajas (a diferencia de otros estados).

Representación de los movimientos de las partículas en el estado de Hilatura Cuántica. Créditos: iopscience.iop.org

Representación de los movimientos de las partículas en el estado de Hilatura Cuántica.
Créditos: iopscience.iop.org

 

GASES:

Cuando la materia esta en este estado no tiene forma ni volumen definido (a menos que este atrapado en un contenedor). Sus partículas tienen una fuerza de cohesión nula y la de repulsión muy elevada, suelen tener movimientos de vibración, rotación, translación y movimiento recto a la vez, lo que genera choques elásticos y hace que el gas se expanda rápidamente. Un gas no es lo mismo que un vapor, cuando se indica que un elemento, compuesto o mezcla esta gasificada quiere decir que se encuentra así de forma natural, cuando se habla de, por ejemplo, vapor de agua quiere decir que ya paso por varios procesos, en este caso primero teníamos agua, la cual evaporamos, tampoco confundir evaporación con ebullición, la evaporación solo se lleva en la superficie del líquido o sólido, y no es necesario calor, en cambio en la ebullición si se necesita calor y todo el líquido cambia a estado gaseoso.

En la imagen podemos ver el movimiento de las partículas de un sólido, un líquido y un gaseoso. Créditos: Taringa.net

En la imagen podemos ver el movimiento de las partículas de un sólido, un líquido y un gaseoso.
Créditos: Taringa.net

Ahora que terminamos con los estados clásicos y las fases en las que se pueden presentar estos vamos con los no tan conocidos, estos suelen ser de alta energía o baja energía, y mencionare los que conozco junto con sus otras fases.

PLASMA:

Estos son gases ionizados, ósea que tiene partículas de carga libres, generalmente de igual número, tales como iones y electrones. A diferencia de los gases, los plasmas tienen la capacidad de auto-generar campos magnéticos y corrientes eléctricas (porque no son estables electromagnéticamente), aun así responden de manera adecuada a las fuerzas electromagnéticas. Podemos encontrar este estado de la materia en lugares extremos como en el sol u otras estrellas, hasta en nuestras pantallas de plasma.

Aquí se nos muestra una lámpara bobina de tesla, las líneas que se presentan son plasma. Créditos: Wikipedia.

Aquí se nos muestra una lámpara bobina de tesla, las líneas que se presentan son plasma.
Créditos: Wikipedia.

*Plasma Quark-Gluon: Este suele ser un plasma a temperaturas tremendas, de hecho no hay nada más caliente que el plasma quark-gluon, en esta fase los quarks se vuelven libres y capaces de moverse de forma independiente en un mar de gluones, esto debido a las altas temperaturas en las que se presenta. Esta fase de alta energía puede lograrse en las colisiones de un colisionador de hadrones.

En la imagen vemos la estructura molecular del plasma quark-gluon. Créditos: naukas.com

En la imagen vemos la estructura molecular del plasma quark-gluon.
Créditos: naukas.com

CONDENSADO DE BOSE-EINSTEIN:

En esta fase un gran número de bosones se encuentra en el mismo número cuántico, en efecto se convierten en una misma onda-partícula; Esta fase de baja energía solo puede ser creada en un laboratorio a temperaturas cercanas al cero absoluto, no es posible llegar al cero absoluto ya que para ver la materia se necesita luz, y la luz transfiere energía, por lo tanto la energía, aunque poco sigue vibrando.

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Podemos ver como la materia al enfriarse toma una forma como de super-atomo y se amontona, eso es el condensado de Bose-Einstein.     Créditos: Naukas.com

CONDENSADO FERMIONICO:

Este estado es igual que el condensado de Bose-Einstein pero con Fermiones (en el anterior son bosones). Este estado de la materia se separa del anterior ya que la estructura atómica es diferente en fermiones (partículas como quarks y leptones) y bosones (fotón, gluon, W, Z).

En la imagen podemos ver que tan diferentes son en estructura atómica. Créditos: ciencia.nasa.gov

En la imagen podemos ver que tan diferentes son en estructura atómica.
Créditos: ciencia.nasa.gov

MATERIA DEGENERADA:

Esta materia está a una muy alta presión y se cree existente debido al principio de exclusión de Pauli, el cual establece que dos fermiones no pueden tener los mismos números cuánticos, para que este fuera posible se necesitaría una gran densidad.

En la imagen se muestra una representación de una estrella de neutrones la cual podría estar en este estado. Créditos: mentescuriosas.es

En la imagen se muestra una representación de una estrella de neutrones la cual podría estar en este estado.
Créditos: mentescuriosas.es

*Materia Extraña: También conocida como materia de quarks, esta podría existir en algunas estrellas de neutrones o magnetares, cerca del límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (aproximadamente 2.3 masas solares).

Aquí vemos la diferencia entre la estructura de una estrella de neutrones y una estrella de quarks (o extraña). Créditos: ciencia-explicada.com

Aquí vemos la diferencia entre la estructura de una estrella de neutrones y una estrella de quarks (o extraña).
Créditos: ciencia-explicada.com

 

MATERIA FOTONICA:

Se obtiene ya que dentro de un medio cuántico no lineal los fotones se pueden comportar como si tuvieran masa y al interactuar entre sí, pueden formar “moléculas” fotonicas, lo que da como resultado algo parecido a un sable laser.

Aquí vemos la representación 3D de un cristal fotonico. Créditos: madrimasd.org

Aquí vemos la representación 3D de un cristal fotonico.
Créditos: madrimasd.org

QUAMTUM HALL STATE:

En este estado se presenta el efecto de tensión de hall o efecto hall esto medido en la dirección perpendicular al flujo de la corriente.

En la imagen vemos un sistema de electrones bidimensionales en n fuerte campo magnético, esto hace que se comporten como este estado de la materia. Créditos: Cavendish Laboratory /Cambridge University.

En la imagen vemos un sistema de electrones bidimensionales en n fuerte campo magnético, esto hace que se comporten como este estado de la materia.
Créditos: Cavendish Laboratory /Cambridge University.

ESTADO EFIMOV:

Este estado fue previsto por Vitaly Efimov, ya que su hipótesis era que los objetos cuánticos no podían formarse en paredes, pero si en tripletes, en 2006 esto fue comprobado con átomos gas frio de cesio, el resultado es que cualesquiera, 2 o 3 átomos se repelen uno al otro en cercana proximidad, pero cuando se ponen juntos estos se atraen y forman este estado de Efimov, este estado tiene la apariencia del circulo de Borromean.

Circulo de Borromean. Créditos: ciencia-arte.blogspot.com

Circulo de Borromean.
Créditos: ciencia-arte.blogspot.com

METAL DE JAHN-TELLER:

Este es un estado en el que un sólido exhibe muchas características de un aislante, pero actúa como un conductor debido a una estructura cristalina distorsionada, este estado sigue en duda ya que solo se ha reproducido una vez por científicos de Japón.

En esta imagen se muestra la estructura del supuesto metal jahn-taller. Créditos: fyysika.ee

En esta imagen se muestra la estructura del supuesto metal jahn-taller.
Créditos: fyysika.ee

DROPLETON:

El dropleton o “gotita cuántica” es una cuasi-partícula que comprende una colección de electrones y lugares sin ellos, dentro de un semiconductor, es la primera cuasi-partícula que se comporta como líquido, estos son sufiencietemente estables como para ser estudiados.

En la imagen vemos del lado izquierdo de la pantalla la representación de como se ve un dropleton y del lado derecho de la misma vemos su comparación con una gota de agua cayendo. Créditos: agenciasic.es

En la imagen vemos del lado izquierdo de la pantalla la representación de como se ve un dropleton y del lado derecho de la misma vemos su comparación con una gota de agua cayendo.
Créditos: agenciasic.es

Hemos terminado nuestro listado, ahora les dejare dos listas de clasificación de estados de la, estas dos son sacadas de Wikipedia y re-ordenadas por mí para este artículo. Incluso en ellas encontraran conceptos y otros estados (propuestos u oficiales) no mencionados en el artículo, ustedes pueden indagar si quieren saber más sobre ellos.

LISTA DE CLASIFICACIÓN DE LOS ESTADOS DE LA MATERIA

  • Los cuatro estados fundamentales
    • Sólidos
    • Líquido
    • Gas
    • Plasma
  • Estados no Clásicos
    • Cristal
    • Cristales con algún grado de trastorno
    • Estados de cristal líquido
    • Materia magnéticamente ordenada
    • Materia separada por micro fase
    • Líquido de hilatura Cuántica
  • Estados de baja Energía
    • Súper-fluido
    • Condensado de Bose-Einstein
    • Condensados ​​Fermiónico
    • Materia de Rydberg
    • Estado Cuántico Hall
    • Materia Extraña
    • Materia Fotónica
    • Dropleton
  • Estados de alta Energía
    • Materia Degenerada
    • Plasma de quarks-gluones
    • Condensado color-cristal
  • Otros estados propuestos
    • Súper-sólido
    • Líquido String-net
    • Super-cristal
    • Materia oscura
    • Gel en Equilibrio

LISTADO DE LOS ESTADOS DE LA MATERIA, TRANSICIONES Y CONCEPTOS

 

ESTADOS CLASICOS

  • Solido
  • Liquido
  • Gas / Vapor
  • Plasma

ESTADOS DE BAJA ENERGIA

  • Condensado de Bose–Einstein
  • Condensado Fermiónico
  • Materia Degenerada
  • Estado Cuántico Hall
  • Materia de Rydberg
  • Materia Extraña
  • Súper-fluido
  • Súper-solido
  • Materia Fotonica

ESTADOS DE ALTA ENERGIA

  • Materia QCD
  • Lattice QCD
  • Plasma quark–gluon
  • Fluido supercrítico

OTROS ESTADOS

  • Cristal
  • Cristal Liquido
  • Quantum Spin Liquid
  • Materia magnéticamente ordenada (Anti ferromagnética, Ferrimagnetica, Ferromagnética)
  • Liquido string-net
  • Súper-cristal

TRANSCIONES DE ESTADO A ESTADO

  • Boiling
  • Boiling point
  • Condensation
  • Critical line
  • Critical point
  • Crystallization
  • Deposition
  • Evaporation
  • Flash evaporation
  • Freezing
  • Chemical ionization
  • Ionization
  • Lambda point
  • Melting
  • Melting point
  • Recombination
  • Regelation
  • Saturated fluid
  • Sublimation
  • Supercooling
  • Triple point
  • Vaporization
  • Vitrification

CANTIDADES

  • Enthalpy of fusion
  • Enthalpy of sublimation
  • Enthalpy of vaporization
  • Latent heat
  • Latent internal energy
  • Trouton’s ratio
  • Volatility

CONCEPTOS

  • Binodal
  • Compressed fluid
  • Cooling curve
  • Equation of state
  • Leidenfrost effect
  • macroscopic quantum phenomena
  • Mpemba effect
  • Order and disorder (physics)
  • Spinodal
  • Superconductivity
  • Superheated vapor
  • Superheating
  • Thermo-dielectric effect

Por ultimo hablare sobre los Coloides, ya que muchos opinan que deberían ser considerados otro estado de la materia y otros no, un coloide es una mezcla en la cual partículas (solidas, liquidas o hasta gaseosas) están dispersas en un medio sólido, liquido o gaseoso; Son principalmente 4, Aerosoles, Espumas, Emulsiones y Geles o Soles. Cuando tenemos partículas liquidas en un medio gaseoso, se habla de un aerosol líquido y cuando hay partículas sólidas en un medio gaseoso se habla de un aerosol sólido, cuando hay partículas gaseosas en un medio liquido tenemos una espuma liquida y cuando hay partículas gaseosas en un medio solido tenemos una espuma sólida, de igual forma si tenemos partículas liquidas en un líquido tenemos una emulsión liquida y si las partículas liquidas están en un sólido se habla de una emulsión sólida, finalmente cuando tenemos partículas sólidas en un medio liquido se tiene un gel líquido y cuando hay partículas sólidas en un medio solido se tiene un gel sólido. Personalmente pienso que esta Fase Coloidal no es un estado de agregación, ya que contiene partículas de una fase y otra, aunque cabe mencionar que esto actualmente se encuentra en discusión.

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En la imagen se nos muestra las diferencias de las estructuras moleculares de una disolución, un coloide y una suspensión (leídos de izquierda a derecha). Créditos: b-log-ia.blogspot.com

Referencias digitales y bibliograficas: 

G. A. Tammann. (2001). The States of Aggregation: The Changes in the State of Matter in Their Dependence Upon Pressure and Temperature. (Desconocido): UMI.

Marder, M. P. (2010). Condensed matter physics. John Wiley & Sons.

Isihara, A. (2007). Condensed matter physics. Courier Corporation.

Chaikin, P. M., & Lubensky, T. C. (2000). Principles of condensed matter physics (Vol. 1). Cambridge: Cambridge university press.

Fradkin, E. (2013). Field theories of condensed matter physics. Cambridge University Press.

«History of Condensed Matter Physics». American Physical Society. Retrieved 27 March2012.

H. N. V. Temperley. (1956). Changes of State: A Mathematica-physical Assessment. Universidad de Michigan: Cleaver-Hume Press.

David R. Nelson. (2002). Defects and Geometry in Condensed Matter Physics. Cambridge, England: Cambridge University Press.

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