Estado de la materia - State of matter

Los cuatro estados comunes de la materia. En el sentido de las agujas del reloj, desde la parte superior izquierda, son sólidos, líquidos, plasma y gas, representados por una escultura de hielo , una gota de agua, un arco eléctrico de una bobina de tesla y el aire alrededor de las nubes, respectivamente.

En física , un estado de la materia es una de las distintas formas en las que la materia puede existir. En la vida cotidiana se pueden observar cuatro estados de la materia: sólido , líquido , gas y plasma . Se sabe que existen muchos estados intermedios, como el cristal líquido , y algunos estados solo existen en condiciones extremas, como los condensados ​​de Bose-Einstein , la materia degenerada por neutrones y el plasma de quarks y gluones , que solo ocurren, respectivamente, en situaciones extremas. frío, densidad extrema y energía extremadamente alta. Para obtener una lista completa de todos los estados exóticos de la materia, consulte la lista de estados de la materia .

Históricamente, la distinción se basa en diferencias cualitativas en las propiedades. La materia en estado sólido mantiene un volumen y una forma fijos, con las partículas componentes ( átomos , moléculas o iones ) juntas y fijadas en su lugar. La materia en estado líquido mantiene un volumen fijo, pero tiene una forma variable que se adapta a su recipiente. Sus partículas todavía están juntas pero se mueven libremente. La materia en estado gaseoso tiene tanto volumen como forma variable, adaptándose a ambos para adaptarse a su recipiente. Sus partículas no están juntas ni fijas en su lugar. La materia en estado de plasma tiene volumen y forma variables, y contiene átomos neutros, así como una cantidad significativa de iones y electrones, los cuales pueden moverse libremente.

El término fase se utiliza a veces como sinónimo de estado de la materia, pero un sistema puede contener varias fases inmiscibles del mismo estado de la materia.

Cuatro estados fundamentales

Sólido

Un sólido cristalino: imagen de resolución atómica de titanato de estroncio . Los átomos más brillantes son el estroncio y los más oscuros son el titanio .

En un sólido, las partículas constituyentes (iones, átomos o moléculas) están muy juntas. Las fuerzas entre las partículas son tan fuertes que las partículas no pueden moverse libremente, solo pueden vibrar. Como resultado, un sólido tiene una forma definida estable y un volumen definido. Los sólidos solo pueden cambiar su forma por una fuerza externa, como cuando se rompen o cortan.

En los sólidos cristalinos , las partículas (átomos, moléculas o iones) se empaquetan en un patrón repetido ordenado regularmente. Hay varias estructuras cristalinas diferentes y la misma sustancia puede tener más de una estructura (o fase sólida). Por ejemplo, el hierro tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo a temperaturas por debajo de 912 ° C (1,674 ° F) y una estructura cúbica centrada en la cara entre 912 y 1,394 ° C (2,541 ° F). El hielo tiene quince estructuras cristalinas conocidas, o quince fases sólidas, que existen a diversas temperaturas y presiones.

Los vidrios y otros sólidos amorfos no cristalinos sin orden de largo alcance no son estados fundamentales de equilibrio térmico ; por lo tanto, se describen a continuación como estados de la materia no clásicos.

Los sólidos se pueden transformar en líquidos por fusión y los líquidos se pueden transformar en sólidos mediante congelación. Los sólidos también pueden transformarse directamente en gases mediante el proceso de sublimación , y los gases también pueden transformarse directamente en sólidos mediante deposición .

Líquido

Estructura de un líquido monoatómico clásico. Los átomos tienen muchos vecinos más cercanos en contacto, pero no hay un orden de largo alcance.

Un líquido es un fluido casi incompresible que se adapta a la forma de su recipiente pero retiene un volumen (casi) constante independiente de la presión. El volumen es definido si la temperatura y la presión son constantes. Cuando un sólido se calienta por encima de su punto de fusión , se vuelve líquido, dado que la presión es superior al punto triple de la sustancia. Las fuerzas intermoleculares (o interatómicas o interiónicas) siguen siendo importantes, pero las moléculas tienen suficiente energía para moverse entre sí y la estructura es móvil. Esto significa que la forma de un líquido no es definida, sino que está determinada por su recipiente. El volumen suele ser mayor que el del sólido correspondiente, siendo la excepción más conocida el agua , H 2 O. La temperatura más alta a la que puede existir un líquido dado es su temperatura crítica .

Gas

Los espacios entre las moléculas de gas son muy grandes. Las moléculas de gas tienen enlaces muy débiles o nulos. Las moléculas en "gas" pueden moverse libremente y rápidamente.

Un gas es un fluido compresible. El gas no solo se adaptará a la forma de su recipiente, sino que también se expandirá para llenar el recipiente.

En un gas, las moléculas tienen suficiente energía cinética para que el efecto de las fuerzas intermoleculares sea pequeño (o cero para un gas ideal ), y la distancia típica entre moléculas vecinas es mucho mayor que el tamaño molecular. Un gas no tiene forma o volumen definido, pero ocupa todo el recipiente en el que está confinado. Un líquido se puede convertir en gas calentando a presión constante hasta el punto de ebullición , o bien reduciendo la presión a temperatura constante.

A temperaturas por debajo de su temperatura crítica , un gas también se denomina vapor y puede licuarse por compresión sin enfriamiento. Un vapor puede existir en equilibrio con un líquido (o sólido), en cuyo caso la presión del gas es igual a la presión de vapor del líquido (o sólido).

Un fluido supercrítico (SCF) es un gas cuya temperatura y presión están por encima de la temperatura crítica y la presión crítica, respectivamente. En este estado, la distinción entre líquido y gas desaparece. Un fluido supercrítico tiene las propiedades físicas de un gas, pero su alta densidad le confiere propiedades solventes en algunos casos, lo que conduce a aplicaciones útiles. Por ejemplo, el dióxido de carbono supercrítico se utiliza para extraer cafeína en la fabricación de café descafeinado .

Plasma

En un plasma, los electrones se desprenden de sus núcleos, formando un "mar" de electrones. Esto le da la capacidad de conducir electricidad.

Como un gas, el plasma no tiene forma ni volumen definidos. A diferencia de los gases, los plasmas son conductores de electricidad, producen campos magnéticos y corrientes eléctricas y responden fuertemente a las fuerzas electromagnéticas. Los núcleos cargados positivamente nadan en un "mar" de electrones disociados que se mueven libremente, similar a la forma en que existen tales cargas en el metal conductor, donde este "mar" de electrones permite que la materia en estado de plasma conduzca electricidad.

Por lo general, un gas se convierte en plasma de una de dos maneras, por ejemplo, a partir de una gran diferencia de voltaje entre dos puntos o exponiéndolo a temperaturas extremadamente altas. Calentar la materia a altas temperaturas hace que los electrones abandonen los átomos, lo que da como resultado la presencia de electrones libres. Esto crea un denominado plasma parcialmente ionizado. A temperaturas muy altas, como las presentes en las estrellas, se supone que esencialmente todos los electrones son "libres", y que un plasma de muy alta energía es esencialmente núcleos desnudos nadando en un mar de electrones. Esto forma el llamado plasma completamente ionizado.

El estado del plasma a menudo se malinterpreta y, aunque no existe libremente en condiciones normales en la Tierra, con bastante frecuencia se genera por rayos , chispas eléctricas , luces fluorescentes , luces de neón o televisores de plasma . La corona del Sol , algunos tipos de llamas y las estrellas son ejemplos de materia iluminada en estado de plasma.

Transiciones de fase

Este diagrama ilustra las transiciones entre los cuatro estados fundamentales de la materia.

Un estado de la materia también se caracteriza por transiciones de fase . Una transición de fase indica un cambio en la estructura y puede reconocerse por un cambio abrupto en las propiedades. Un estado distinto de la materia puede definirse como cualquier conjunto de estados que se distinga de cualquier otro conjunto de estados por una transición de fase . Se puede decir que el agua tiene varios estados sólidos distintos. La aparición de superconductividad está asociada con una transición de fase, por lo que existen estados superconductores . Asimismo, los estados ferromagnéticos están delimitados por transiciones de fase y tienen propiedades distintivas. Cuando el cambio de estado ocurre en etapas, los pasos intermedios se denominan mesofases . Estas fases se han aprovechado mediante la introducción de la tecnología de cristal líquido .

El estado o fase de un conjunto dado de materia puede cambiar dependiendo de las condiciones de presión y temperatura , pasando a otras fases a medida que estas condiciones cambian para favorecer su existencia; por ejemplo, el sólido pasa a líquido con un aumento de temperatura. Cerca del cero absoluto , una sustancia existe como un sólido . A medida que se agrega calor a esta sustancia, se derrite en un líquido en su punto de fusión , hierve en un gas en su punto de ebullición y, si se calienta lo suficiente, entraría en un estado de plasma en el que los electrones están tan energizados que dejan sus átomos originales.

Las formas de materia que no están compuestas por moléculas y están organizadas por diferentes fuerzas también pueden considerarse diferentes estados de la materia. Los superfluidos (como el condensado fermiónico ) y el plasma de quarks-gluones son ejemplos.

En una ecuación química, el estado de la materia de las sustancias químicas puede mostrarse como (s) para sólido, (l) para líquido y (g) para gas. Una solución acuosa se denota (aq). La materia en estado de plasma rara vez se usa (si es que se usa) en ecuaciones químicas, por lo que no existe un símbolo estándar para denotarla. En las raras ecuaciones en las que se utiliza el plasma, se simboliza como (p).

Estados no clásicos

Vidrio

Átomos de Si y O;  cada átomo tiene el mismo número de enlaces, pero la disposición general de los átomos es aleatoria.
Patrón hexagonal regular de átomos de Si y O, con un átomo de Si en cada esquina y los átomos de O en el centro de cada lado.
Representación esquemática de una forma vítrea de red aleatoria (izquierda) y una red cristalina ordenada (derecha) de composición química idéntica.

El vidrio es un material sólido no cristalino o amorfo que presenta una transición vítrea cuando se calienta hacia el estado líquido. Los vidrios pueden estar hechos de clases de materiales muy diferentes: redes inorgánicas (como vidrio de ventana, hecho de silicato más aditivos), aleaciones metálicas, fundiciones iónicas , soluciones acuosas , líquidos moleculares y polímeros . Termodinámicamente, un vidrio se encuentra en un estado metaestable con respecto a su contraparte cristalina. Sin embargo, la tasa de conversión es prácticamente nula.

Cristales con cierto grado de desorden

Un cristal de plástico es un sólido molecular con un orden posicional de largo alcance pero con moléculas constituyentes que retienen la libertad de rotación; en un vidrio orientativo, este grado de libertad se congela en un estado desordenado apagado .

De manera similar, en un vidrio giratorio el desorden magnético se congela.

Estados de cristal líquido

Los estados de cristal líquido tienen propiedades intermedias entre los líquidos móviles y los sólidos ordenados. Generalmente, pueden fluir como un líquido, pero exhibiendo un orden de largo alcance. Por ejemplo, la fase nemática consta de moléculas largas en forma de varillas como el para-azoxianisol , que es nemático en el rango de temperatura 118-136 ° C (244-277 ° F). En este estado, las moléculas fluyen como en un líquido, pero todas apuntan en la misma dirección (dentro de cada dominio) y no pueden girar libremente. Como un sólido cristalino, pero a diferencia de un líquido, los cristales líquidos reaccionan a la luz polarizada.

Otros tipos de cristales líquidos se describen en el artículo principal sobre estos estados. Varios tipos tienen importancia tecnológica, por ejemplo, en pantallas de cristal líquido .

Ordenado magnéticamente

Los átomos de metales de transición a menudo tienen momentos magnéticos debido al giro neto de los electrones que permanecen sin aparear y no forman enlaces químicos. En algunos sólidos, los momentos magnéticos en diferentes átomos están ordenados y pueden formar un ferromagnet, un antiferromagnet o un ferrimagnet.

En un ferromagnético , por ejemplo, hierro sólido, el momento magnético de cada átomo está alineado en la misma dirección (dentro de un dominio magnético ). Si los dominios también están alineados, el sólido es un imán permanente , que es magnético incluso en ausencia de un campo magnético externo . La magnetización desaparece cuando el imán se calienta hasta el punto de Curie , que para el hierro es de 768 ° C (1414 ° F).

Un antiferromagnet tiene dos redes de momentos magnéticos iguales y opuestos, que se cancelan entre sí de modo que la magnetización neta es cero. Por ejemplo, en el óxido de níquel (II) (NiO), la mitad de los átomos de níquel tienen momentos alineados en una dirección y la otra mitad en la dirección opuesta.

En un ferrimagnet , las dos redes de momentos magnéticos son opuestas pero desiguales, por lo que la cancelación es incompleta y hay una magnetización neta distinta de cero. Un ejemplo es la magnetita (Fe 3 O 4 ), que contiene iones Fe 2+ y Fe 3+ con diferentes momentos magnéticos.

Un líquido de espín cuántico (QSL) es un estado desordenado en un sistema de espines cuánticos en interacción que conserva su desorden a temperaturas muy bajas, a diferencia de otros estados desordenados. No es un líquido en el sentido físico, sino un sólido cuyo orden magnético está intrínsecamente desordenado. El nombre "líquido" se debe a una analogía con el desorden molecular en un líquido convencional. Un QSL no es un ferromagnet , donde los dominios magnéticos son paralelos, ni un antiferromagnet , donde los dominios magnéticos son antiparalelos; en cambio, los dominios magnéticos están orientados aleatoriamente. Esto puede realizarse, por ejemplo, mediante momentos magnéticos geométricamente frustrados que no pueden apuntar uniformemente en paralelo o en antiparalelo. Al enfriarse y asentarse en un estado, el dominio debe "elegir" una orientación, pero si los estados posibles son similares en energía, se elegirá uno al azar. En consecuencia, a pesar de un fuerte orden de corto alcance, no existe un orden magnético de largo alcance.

Separado por microfase

Copolímero de bloque SBS en TEM

Los copolímeros pueden sufrir una separación de microfases para formar una serie diversa de nanoestructuras periódicas, como se muestra en el ejemplo del copolímero de bloques de estireno-butadieno-estireno que se muestra a la derecha. La separación de microfases puede entenderse por analogía a la separación de fases entre aceite y agua. Debido a la incompatibilidad química entre los bloques, los copolímeros de bloque experimentan una separación de fases similar. Sin embargo, debido a que los bloques están unidos covalentemente entre sí, no pueden desmezclarse macroscópicamente como lo hacen el agua y el aceite, por lo que, en cambio, los bloques forman estructuras de tamaño nanométrico . Dependiendo de las longitudes relativas de cada bloque y de la topología de bloques general del polímero, se pueden obtener muchas morfologías, cada una con su propia fase de la materia.

Los líquidos iónicos también muestran separación de microfases. El anión y el catión no son necesariamente compatibles y se desmezclarían de otra manera, pero la atracción de la carga eléctrica evita que se separen. Sus aniones y cationes parecen difundirse dentro de capas compartimentadas o micelas en lugar de libremente como en un líquido uniforme.

Estados de baja temperatura

Superconductor

Los superconductores son materiales que tienen una resistividad eléctrica nula y, por lo tanto, una conductividad perfecta. Este es un estado físico distinto que existe a baja temperatura, y la resistividad aumenta de manera discontinua hasta un valor finito a una temperatura de transición claramente definida para cada superconductor.

Un superconductor también excluye todos los campos magnéticos de su interior, fenómeno conocido como efecto Meissner o diamagnetismo perfecto . Los imanes superconductores se utilizan como electroimanes en máquinas de formación de imágenes por resonancia magnética .

El fenómeno de la superconductividad se descubrió en 1911, y durante 75 años solo se conoció en algunos metales y aleaciones metálicas a temperaturas inferiores a 30 K.En 1986 se descubrió la llamada superconductividad de alta temperatura en ciertos óxidos cerámicos , y ahora se ha observado en temperaturas tan altas como 164 K.

Superfluido

El helio líquido en una fase superfluida se desliza por las paredes de la taza en una película Rollin , y finalmente gotea de la taza.

Cerca del cero absoluto, algunos líquidos forman un segundo estado líquido descrito como superfluido porque tiene viscosidad cero (o fluidez infinita; es decir, fluye sin fricción). Esto se descubrió en 1937 para el helio , que forma un superfluido por debajo de la temperatura lambda de 2,17 K (-270,98 ° C; -455,76 ° F). En este estado, intentará "trepar" fuera de su contenedor. También tiene una conductividad térmica infinita, por lo que no se puede formar un gradiente de temperatura en un superfluido. Colocar un superfluido en un recipiente giratorio dará como resultado vórtices cuantificados .

Estas propiedades se explican por la teoría de que el isótopo común helio-4 forma un condensado de Bose-Einstein (ver la siguiente sección) en el estado superfluido. Más recientemente, se han formado superfluidos de condensado fermiónico a temperaturas aún más bajas por el raro isótopo helio-3 y por litio-6 .

Condensado de Bose-Einstein

Velocidad en un gas de rubidio cuando se enfría: el material de partida está a la izquierda y el condensado de Bose-Einstein está a la derecha.

En 1924, Albert Einstein y Satyendra Nath Bose predijeron el "condensado de Bose-Einstein" (BEC), a veces denominado el quinto estado de la materia. En un BEC, la materia deja de comportarse como partículas independientes y colapsa en un solo estado cuántico que se puede describir con una única función de onda uniforme.

En la fase gaseosa, el condensado de Bose-Einstein siguió siendo una predicción teórica no verificada durante muchos años. En 1995, los grupos de investigación de Eric Cornell y Carl Wieman , de JILA en la Universidad de Colorado en Boulder , produjeron el primer condensado de este tipo de forma experimental. Un condensado de Bose-Einstein es "más frío" que un sólido. Puede ocurrir cuando los átomos tienen niveles cuánticos muy similares (o iguales) , a temperaturas muy cercanas al cero absoluto , -273,15 ° C (-459,67 ° F).

Condensado fermiónico

Un condensado fermiónico es similar al condensado de Bose-Einstein pero está compuesto de fermiones . El principio de exclusión de Pauli evita que los fermiones entren en el mismo estado cuántico, pero un par de fermiones puede comportarse como un bosón, y varios de estos pares pueden entrar en el mismo estado cuántico sin restricción.

Molécula de Rydberg

Uno de los estados metaestables del plasma fuertemente no ideal son los condensados ​​de átomos excitados . Estos átomos también pueden convertirse en iones y electrones si alcanzan una determinada temperatura. En abril de 2009, Nature informó sobre la creación de moléculas de Rydberg a partir de un átomo de Rydberg y un átomo en estado fundamental , lo que confirma que tal estado de la materia podría existir. El experimento se realizó utilizando átomos de rubidio ultrafríos .

Estado de Quantum Hall

Un estado de Hall cuántico da lugar a un voltaje de Hall cuantificado medido en la dirección perpendicular al flujo de corriente. Un estado Hall de espín cuántico es una fase teórica que puede allanar el camino para el desarrollo de dispositivos electrónicos que disipen menos energía y generen menos calor. Esta es una derivación del estado de la materia de Quantum Hall.

Materia fotónica

La materia fotónica es un fenómeno en el que los fotones que interactúan con un gas desarrollan una masa aparente y pueden interactuar entre sí, incluso formando "moléculas" fotónicas. La fuente de masa es el gas, que es masivo. Esto contrasta con los fotones que se mueven en el espacio vacío, que no tienen masa en reposo y no pueden interactuar.

Dropleton

Una "niebla cuántica" de electrones y agujeros que fluyen entre sí e incluso se ondulan como un líquido, en lugar de existir como pares discretos.

Estados de alta energía

Materia degenerada

Bajo una presión extremadamente alta, como en los núcleos de las estrellas muertas, la materia ordinaria experimenta una transición a una serie de estados exóticos de la materia conocidos colectivamente como materia degenerada , que se apoyan principalmente en efectos de la mecánica cuántica. En física, "degenerado" se refiere a dos estados que tienen la misma energía y, por lo tanto, son intercambiables. La materia degenerada está respaldada por el principio de exclusión de Pauli , que evita que dos partículas fermiónicas ocupen el mismo estado cuántico. A diferencia del plasma normal, el plasma degenerado se expande poco cuando se calienta, porque simplemente no quedan estados de impulso. En consecuencia, las estrellas degeneradas colapsan en densidades muy altas. Las estrellas degeneradas más masivas son más pequeñas, porque la fuerza gravitacional aumenta, pero la presión no aumenta proporcionalmente.

La materia degenerada por electrones se encuentra dentro de las estrellas enanas blancas . Los electrones permanecen unidos a los átomos, pero pueden transferirse a los átomos adyacentes. La materia degenerada por neutrones se encuentra en las estrellas de neutrones . La enorme presión gravitacional comprime los átomos con tanta fuerza que los electrones se ven obligados a combinarse con los protones mediante la desintegración beta inversa, lo que da como resultado una conglomeración superdensa de neutrones. Normalmente, los neutrones libres fuera de un núcleo atómico se desintegrarán con una vida media de aproximadamente 10 minutos, pero en una estrella de neutrones, la desintegración es superada por la desintegración inversa. La materia degenerada fría también está presente en planetas como Júpiter y en las enanas marrones aún más masivas , que se espera que tengan un núcleo con hidrógeno metálico . Debido a la degeneración, las enanas marrones más masivas no son significativamente más grandes. En los metales, los electrones se pueden modelar como un gas degenerado que se mueve en una red de iones positivos no degenerados.

Materia de quarks

En la materia fría regular, los quarks , partículas fundamentales de la materia nuclear, están confinados por la fuerza fuerte en hadrones que constan de 2 a 4 quarks, como protones y neutrones. La materia de quark o materia de cromodinámica cuántica (QCD) es un grupo de fases en las que se supera la fuerza fuerte y los quarks se desconfinan y se mueven libremente. Las fases de la materia de los quarks ocurren a densidades o temperaturas extremadamente altas, y no se conocen formas de producirlas en equilibrio en el laboratorio; en condiciones normales, cualquier materia de quarks formada sufre inmediatamente una desintegración radiactiva.

La materia extraña es un tipo de materia de quarks que se sospecha que existe dentro de algunas estrellas de neutrones cercanas al límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (aproximadamente 2-3 masas solares ), aunque no hay evidencia directa de su existencia. En materia extraña, parte de la energía disponible se manifiesta como quarks extraños , un análogo más pesado del quark down común . Puede ser estable en estados de energía más bajos una vez formado, aunque esto no se sabe.

El plasma de quarks -gluones es una fase de muy alta temperatura en la que los quarks se liberan y pueden moverse de forma independiente, en lugar de estar perpetuamente unidos en partículas, en un mar de gluones , partículas subatómicas que transmiten la fuerte fuerza que une a los quarks. Esto es análogo a la liberación de electrones de los átomos en un plasma. Este estado se puede alcanzar brevemente en colisiones de iones pesados ​​de energía extremadamente alta en aceleradores de partículas , y permite a los científicos observar las propiedades de los quarks individuales, y no solo teorizar. El plasma de quark-gluón se descubrió en el CERN en 2000. A diferencia del plasma, que fluye como un gas, las interacciones dentro de QGP son fuertes y fluye como un líquido.

A altas densidades pero temperaturas relativamente bajas, se teoriza que los quarks forman un quark líquido cuya naturaleza se desconoce actualmente. Forma una fase de bloqueo de color-sabor (CFL) distinta a densidades aún más altas. Esta fase es superconductora para la carga de color. Estas fases pueden ocurrir en estrellas de neutrones, pero actualmente son teóricas.

Condensado de vidrio de color

El condensado de vidrio de color es un tipo de materia que, según la teoría, existe en núcleos atómicos que viajan cerca de la velocidad de la luz. Según la teoría de la relatividad de Einstein, un núcleo de alta energía parece contraerse o comprimirse a lo largo de su dirección de movimiento. Como resultado, los gluones dentro del núcleo le parecen a un observador estacionario como una "pared gluónica" que viaja cerca de la velocidad de la luz. A energías muy altas, se ve que la densidad de los gluones en esta pared aumenta enormemente. A diferencia del plasma de quarks-gluones producido en la colisión de tales paredes, el condensado de vidrio de color describe las paredes mismas y es una propiedad intrínseca de las partículas que solo se puede observar en condiciones de alta energía como las de RHIC y posiblemente en el Gran Colisionador de Hadrones también.

Estados de muy alta energía

Varias teorías predicen nuevos estados de la materia a muy altas energías. Un estado desconocido ha creado la asimetría bariónica en el universo, pero se sabe poco al respecto. En la teoría de cuerdas , se predice una temperatura de Hagedorn para supercuerdas de aproximadamente 10 30 K, donde las supercuerdas se producen copiosamente. A la temperatura de Planck (10 32 K), la gravedad se convierte en una fuerza significativa entre las partículas individuales. Ninguna teoría actual puede describir estos estados y no pueden producirse con ningún experimento previsible. Sin embargo, estos estados son importantes en cosmología porque el universo puede haber pasado por estos estados en el Big Bang .

La singularidad gravitacional que la relatividad general predice que existe en el centro de un agujero negro no es una fase de la materia; no es un objeto material en absoluto (aunque la masa-energía de la materia contribuyó a su creación) sino más bien una propiedad del espacio-tiempo . Debido a que el espacio-tiempo se descompone allí, la singularidad no debe considerarse como una estructura localizada, sino como una característica topológica global del espacio-tiempo. Se ha argumentado que las partículas elementales tampoco son fundamentalmente materiales, sino que son propiedades localizadas del espacio-tiempo. En la gravedad cuántica, las singularidades pueden marcar transiciones a una nueva fase de la materia.

Otros estados propuestos

Supersólido

Un supersólido es un material ordenado espacialmente (es decir, un sólido o cristal) con propiedades superfluidas. Similar a un superfluido, un supersólido puede moverse sin fricción pero conserva una forma rígida. Aunque un supersólido es un sólido, exhibe tantas propiedades características diferentes de otros sólidos que muchos argumentan que es otro estado de la materia.

Líquido de red de cuerdas

En un líquido en forma de red, los átomos tienen una disposición aparentemente inestable, como un líquido, pero siguen siendo consistentes en su patrón general, como un sólido. Cuando están en un estado sólido normal, los átomos de la materia se alinean en un patrón de cuadrícula, de modo que el giro de cualquier electrón es el opuesto al giro de todos los electrones que lo tocan. Pero en un líquido de red de cuerdas, los átomos están dispuestos en algún patrón que requiere que algunos electrones tengan vecinos con el mismo giro. Esto da lugar a propiedades curiosas, además de apoyar algunas propuestas inusuales sobre las condiciones fundamentales del propio universo.

Supervidrio

Un supervidrio es una fase de la materia caracterizada, al mismo tiempo, por una superfluidez y una estructura amorfa congelada.

Definición arbitraria

Aunque se han hecho múltiples intentos para crear un relato unificado, en última instancia, las definiciones de qué estados de la materia existen y el punto en el que los estados cambian son arbitrarias. Algunos autores han sugerido que es mejor pensar en los estados de la materia como un espectro entre un sólido y un plasma, en lugar de definirlos rígidamente.

Ver también

Los cubitos de hielo se derriten mostrando un cambio de estado
Transiciones de fase de la materia ( )
Para
De
Sólido Líquido Gas Plasma
Sólido Derritiendo Sublimación
Líquido Congelación Vaporización
Gas Declaración Condensación Ionización
Plasma Recombinación

notas y referencias

enlaces externos