¿Qué es el estado sólido ? ¿Qué características tienen los sólidos?
Todo lo que nos rodea, el Universo y la ¨Tierra está formado por materia, que puede presentarse en tres estados: sólido, líquido y gas. Son los tres estados clásicos de agregación, aunque se han descubierto otros nuevos como el plasma, Bose- Einstein…
Explicamos que es el estado sólido, sus características, los cambios de estado desde el estado sólido a otros estados y viceversa y ejemplos de sólidos.
¿Qué es el estado sólido?
El sólido, ( del latín solidus) es un estado de agregación en los que se presenta la materia, junto al líquido, gaseoso, plasmático, Bose- Einstein… Estas formas en las que encontramos la materia se denominan estados de agregación
La materia en estado sólido se caracteriza por tener forma fija y volumen fijo, con una estructura bien definida. En el estado sólido las partículas están muy próximas , unidas muy fuertemente entre sí por grandes fuerzas de atracción y mantienen fijas las distancias entre ellas (posición fija).
Adoptan estructuras tridimensionales, formando una red en las tres dimensiones del espacio con volumen definido y constante, por eso, son incompresibles.
Sin embargo, las partículas tienen un ligero movimiento de vibración, que aumenta con la temperatura, por eso, al calentarlos se incrementan las vibraciones y aumentan de volumen (dilatación). En ese momento, cuando se vencen las fuerzas de cohesión se produce el cambio de estado, que veremos después.
Características de los sólidos
La materia en estado sólido presenta unas características
- Forma constante o definida. Los sólidos no pueden fluir como los líquidos o los gases.
- Cohesión. Los sólidos, líquidos y gases tienen una naturaleza idéntica, pero en el estado sólido las partículas se mantienen unidas por fuertes nexos (fuerzas cohesivas), con forma definida.
- Rigidez. La materia en estado sólido se resiste a la deformación, dobleces torceduras.
- Alta densidad. La mayoría de la materia en estado sólido presenta alta densidad debido a que las partículas están muy próximas.
- Incompresibilidad. Los sólidos, a diferencia de líquidos y gases no se pueden comprimir. Si se someten a grandes fuerzas de compresión pueden fracturarse .Por esta razón no puede meterse un sólido en un recipiente menor a su volumen.
- Dureza. Los sólidos tienen gran resistencia a la acción de otros sólidos y también son impenetrables por otros sólidos e incluso a la ralladura . Hay una escala de dureza, la escala de Mohs en la que el diamante es el más duro.
- Fragilidad. Los sólidos pueden fragmentarse en trozos más pequeños, agrietarse o cuartearse.
- Maleabilidad. Propiedad de algunos cuerpos sólidos pueden extenderse en láminas delgadas sin que el material se rompa. Propiedad muy importante en la industria metalúrgica.
- Ductibilidad. Es la propiedad de algunos cuerpos sólidos se pueden estirar en hilos o alambres sin romperse. Por ejemplo el cobre, del que se dice que es dúctil.
- Elasticidad. Algunos sólidos tienen elasticidad, que es la capacidad para sufrir deformaciones momentáneas y recuperar su forma una vez que cesa la fuerza.
Tipos de sólidos
Los sólidos pueden tener diferentes estructuras dependiendo de la ordenación de las partículas. Diferenciamos dos tipos:
- Cristalinos. Están formados por celdillas con una organización geométrica y suelen tener una forma regular. Por ejemplo: los compuestos iónicos como la sal , los metales…
- Amorfos o vítreos. Sus partículas no están unidas de una manera ordenada, por lo que tienen una estructura irregular y variada, según se produjeron. Por ejemplo el vidrio.
Procesos de cambio de estado en los sólidos
Los cambios de estado de la materia son cambios físicos en los que se modifica el estado de agregación de las sustancias sin variar sus propiedades.
Procesos de cambio de estado de sólido a líquido y a gas
Cuando en un sólido se vencen las fuerzas de cohesión, se produce el cambio de estado, pudiéndose convertir un sólido en un líquido o en un gas. Los procesos de cambio de estado en los sólidos se denominan:
- Fusión: Cambio de estado de materia sólida a materia líquida, así aplicando calor sobre un sólido, se aumenta su temperatura hasta el punto de fusión , pasando al estado líquido. Ver mas Tema fusión
- Sublimación: Cambio de estado en el que el sólido pasa directamente al estado gaseoso, sin pasar antes por el líquido. Se produce en condiciones especiales de presión y temperatura. Ver más: Tema sublimación
Procesos de cambio a estado sólido
Hay procesos físicos para que la materia en estado gaseoso o líquido pueda volver al estado sólido. Son procesos de cambio de estado regresivos:
- Solidificación . Consiste en el paso de líquido a sólido retirando energía calórica a un líquido, haciendo que las partículas se reorganicen para volver al estado sólido. La solidificación es un proceso físico en el que se produce el cambio de estado en una materia que pase de líquido a sólido. Este proceso se desarrolla debido a una disminución de la temperatura y la energía. Al descender la temperatura de un fluido, las partículas se van aproximando unas a otras y se reduce su movilidad, por lo que se van agregando unas a otras formando la estructura sólida compacta. Esta aproximación de las partículas y la falta de movilidad le da la firmeza para solidificarse. Ver más
- Congelación. Es el paso de líquido a sólido por frio extremo , bajando la temperatura. Se produce al enfriarse un líquido extrayendo su energía calorífica hasta que su temperatura esté por debajo del punto de congelación. En ese momento disminuye el movimiento entre sus partículas, aumentando la formación de estructuras más rígidas y pasando así a la fase sólida. Por ejemplo al congelar agua.
- Sublimación inversa. Bajo determinadas condiciones de presión y temperatura, un gas puede cristalizar y pasar directamente a sólido sin pasar por el líquido.
Ejemplos de estado sólido
Algunos ejemplos de materia en estado sólido.
- Los metales . Debido a los enlaces metálicos entre los átomos los metales son sólidos a temperatura ambiente, a excepción del mercurio que es líquido a temperatura ambiente. Ejemplo: hierro.
- Los huesos. Son organos rígidos y sólidos que forman el endoesqueleto de los vertebrados aportan solidez al cuerpo.
- Hielo.Agua convertida en cuerpo sólido y cristalino por un descenso en la temperatura
- Cuarzo. Mineral compuesto de sílice que destaca por su dureza
- Las perlas. Son objetos duros y brillantes que son producidos de manera natural dentro de algunos moluscos.
- Las rocas. Las rocas son materiales sólidos formados cristales o granos de uno o varios minerales
Características de los estados de la materia
Los tres principales estados de la materia son de sobra conocidos, pero vamos a repasar sus propiedades.
¿Por qué se les llama estados de agregación de la materia? En relación a la disposición de los átomos y las fuerzas de unión que los constituyen, estos átomos se van a agregar unos a otros de manera diferente dependiendo de si son sólidos, líquidos o gases. Además cada estado de la materia tiene unas determinadas características y debido a cambios en el entorno la materia podrá cambiar de estado, viéndose alteradas sus propiedades.
Desde siempre se han conocido tres estados fundamentales de la materia: sólido, líquido y gas. Con el tiempo se han descubierto otros estados : estado plasmático, el Bose-Einstein (BEC), el condensado de Fermi y el supersólido. De todos ellos hablaremos en este apartado explicando las principales propiedades.
Estado sólido
El estado sólido es aquel en el que observamos materia fija. Un cuerpo en estado sólido tiene los átomos muy juntos que le dan una forma regular, fija, constante e invariable y un volumen igualmente definido. Los sólidos son por tanto incompresibles, es decir, no se pueden comprimir y sus partícular apenas pueden moverse , sólo vibran ligeramente en posiciones practicamente fijas y se dilatan cuando son sometidos a un aumento de temperatura . Son también impenetrables y no pueden fluir. Por ejemplo: las rocas, metales, madera, hielo…
Estado líquido
El estado líquido corresponde a los fluidos. En el estado líquido las fuerzas de cohesión que unen átomos y moléculas son menoresque en los sólidos , por lo que la masa es fija pero su forma es variable; así los líquidos pueden adaptarse al recipiente que los contiene. De esta forma su volumen es constante pero su forma no lo es, además pueden fluir y no son compresibles. Por ejemplo: el agua, el aceite, los zumos..
Estado gaseoso
La materia en estado gaseoso tiene una masa fija pero hay grandes espacios vacíos entre los átomos, de manera que los gases tienen forma y volumen variables, ocupando todo el espacio disponible y adaptándose al recipiente porque no hay fuerzas de atraccción entre sus partículas. Los gases, por tanto pueden comprimirse, pueden fluir y no tienen forma y volumen definido. Por ejemplo: vapor de agua, oxígeno (O2 ) dióxido de carbono (CO2)
Video explicativo de los estados de la materia
A continuación puedes ver un breve resumen en video sobre estos tres estados de la materia
Propiedades de los tres estados: sólido, líquido y gas
| Propiedadades | Estado sólido | Estado líquido | Estado gaseoso |
| Masa | Fija | Fija | fija |
| Forma | Invariable | Variable | Variable |
| Volumen | Constante | Constante | Variable |
| ¿Son compresibles? | No | No | Si |
| ¿Son impenetrables? | Si | No | No |
| ¿Pueden fluir? | No | Si | Si |
Los nuevos estados físicos de la materia.
Hay otros estados de la materia que los científicos han descubierto recientemente en el laboratorio : el estado plasma y el condensado de Bose-Einstein.
El estado plasma
De características similares al estado gaseoso, hay algunas diferencias que han permitido diferenciarlo como un estado diferente.
El plasma se trata de un gas ionizado que puede conducir la electricidad, sin forma ni volumen fijo sino que adquiere la del recipiente que lo contiene. Este estado al verse influido por un campo magnético puede formar rayos, filamentos y capas dobles.
Este estado es muy común en el universo intergaláctico o espacio sideral, de ahí su importancia, de esta forma hay plasma en el sol y las estrellas.. De manera artificial las pantallas de televisores de plasma lo contienen, en ellas hay gases que se cargan electricamente para pasar a estado de plasma y por medio de los electrodos de la pantalla , puede emitir luz.
Condensado de Bose- Einstein
En el año 1924, al aplicar la estadística a la mecánica cuántica, Satyendra Bose y Albert Einstein predijeron la existencia de un nuevo estado de la materia. Para estos científicos, al enfriarse la materia a temperaturas próximas al cero absoluto, las partículas que la forman caen todas al mismo nivel de energía. Esa situación haría que las partículas se convirtiesen en indistinguibles y pasasen a formar un “superátomo”.
Sería en el año 1995 cuando Wieman y Ketterle fueron capaces de reproducir un estado condensado de Bose-Einstein con la ayuda de potentes láseres y electroimanes.
Este estado se caracteriza por:
- Superfluidez y superconductividad
- Es capaz de ralentizar la velocidad de la luz, que al atravesarlo llega a tener velocidades de metros por segundo