La Transformacion De Los Materiales

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Estado de la materia

Estados de la materia son las distintas formas que las diferentes fases de la materia asumir. Sólido, líquido y gaseoso son los estados más comunes de la materia en la Tierra. Sin embargo, gran parte de la materia bariónica del universo está en forma de plasma caliente, tanto en lo enrarecido medio interestelar denso y como estrellas .

, La distinción se hace sobre la base de las diferencias cualitativas en granel. Propiedades Históricamente sólido es el estado en el que la materia mantiene un volumen fijo y la forma; líquidos es el estado en el que la materia mantiene un volumen fijo, pero se adapta a la forma de su recipiente y el gas es el estado en el que la materia se expande para ocupar el volumen que está disponible.

Estados de la materia también se distinguen por la presión y la temperatura condiciones, la transición a otras etapas ya que las condiciones cambian a favor de su existencia, por ejemplo, las transiciones sólido a líquido con un aumento de la temperatura.

Estados de la materia también puede definirse en términos de transiciones de fase . Una transición de fase indica un cambio en la estructura y se puede reconocer por un cambio abrupto en las propiedades. Según esta definición, un estado distinto de la materia es un conjunto de estados distinguirse de cualquier otro conjunto de estados por una transición de fase . El agua puede decirse que varios estados sólidos distintos. [1] La aparición de la superconductividad se asocia a una transición de fase, por lo que son superconductores estados. Del mismo modo, ferromagnéticos estados están marcados por las transiciones de fase y tienen propiedades distintivas. Cuando el cambio de estado se produce en etapas los pasos intermedios se denominan mesofases . Estas fases han sido explotados por la introducción de cristal líquido de la tecnología.

Más recientemente, las distinciones entre los estados se han basado en las diferencias de interrelaciones moleculares. sólido es el estado en el que las atracciones intermoleculares mantener las moléculas en las relaciones espaciales fijas. líquido es el estado en el que las atracciones intermoleculares mantener las moléculas en las inmediaciones, pero no mantener las moléculas en las relaciones fijas. gas es ese estado en el que las moléculas están relativamente separados y atracciones intermoleculares tienen relativamente poco efecto en sus movimientos respectivos. plasma es un gas altamente ionizado que se produce a altas temperaturas. Las fuerzas intermoleculares creado por atracciones y repulsiones iónicos dan estas composiciones distintas propiedades, por lo que se describe es la razón de plasma como el cuarto estado de la materia. [2] [3]

Las formas de materia que no están compuestos de moléculas y están organizados por las diferentes fuerzas también se pueden considerar los diferentes estados de la materia. superfluidos (como condensado fermiónico ) y el plasma de quarks y gluones son algunos ejemplos.

Los tres estados clásicos

Cada uno de los estados clásicos de la materia, a diferencia del plasma, por ejemplo, puede pasar directamente a cualquiera de los otros estados clásica. Sólidos Un sólido cristalino: resolución atómica imagen de titanato de estroncio . átomos brillantes son Sr más oscuras y Ti . Artículo principal: Sólido

Las partículas (iones, átomos o moléculas) se envasan en estrecha colaboración. Las fuerzas entre las partículas son lo suficientemente fuertes para que las partículas no pueden moverse libremente, pero sólo pueden vibrar. Como resultado, un sólido tiene una forma estable, definido, y un volumen definido. Sólidos sólo pueden cambiar su forma por la fuerza, como cuando se rompe o se corta.

En los sólidos cristalinos , las partículas (átomos, moléculas o iones) se embalan en un orden regular, patrón de repetición. Hay muchas diferentes estructuras cristalinas , y la misma sustancia puede tener más de una estructura (o en fase sólida). Por ejemplo, el hierro tiene una cúbica centrada en el cuerpo de la estructura a temperaturas inferiores a 912 ° C, y una cúbica centrada en la cara estructura entre 912 y 1394 ° C. El hielo tiene quince estructuras cristalinas conocidas, o quince fases sólidas que existen a diferentes temperaturas y presiones . [4]

Vasos y otros no-cristalinos, sólidos amorfos , sin orden de largo alcance no son estados fundamentales de equilibrio térmico, por lo que se describen a continuación como estados no clásica de la materia.

Los sólidos pueden ser transformados en líquidos por fusión, y los líquidos pueden ser transformados en sólidos por congelación. Los sólidos también puede cambiar directamente en gases a través del proceso de sublimación . Líquido Estructura de un líquido monoatómico clásica. Los átomos tienen muchos vecinos más cercanos en contacto, sin embargo, sin un orden de largo alcance está presente.

Artículo principal: Líquido

Un líquido es un casi incompresible líquido que es capaz de adaptarse a la forma de su recipiente, pero conserva una casi) constante de volumen (independiente de la presión. El volumen está definido si la temperatura y la presión son constantes. Cuando un sólido se calienta por encima de su punto de fusión , se convierte en líquido, ya que la presión es mayor que el punto triple de la sustancia. Las fuerzas intermoleculares (o interatómicas o interiónicas) siguen siendo importantes, pero las moléculas tienen la energía suficiente para mover uno respecto al otro y la estructura es móvil. Esto significa que la forma de un líquido no es definitivo sino que se determina por su contenedor. El volumen suele ser mayor que la de los correspondientes sólidos, la conocida excepción de agua de pozo, la mayoría de H 2 O. La mayor temperatura a la cual un líquido dado puede existir es su temperatura crítica . [5] Gas Los espacios entre las moléculas de gas son muy grandes. Las moléculas de gas tienen vínculos muy débiles o no en absoluto. Las moléculas de “gas” se puede mover libremente y rápido. Artículo principal: Gas

Un gas es un fluido compresible. No sólo un gas se ajustan 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 es pequeña (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 definida o el volumen, pero ocupa todo el recipiente en el que está confinado. Un líquido puede convertirse en un gas por calentamiento a presión constante al punto de ebullición , o bien mediante la reducción de la presión a temperatura constante.

A temperaturas por debajo de su temperatura crítica , un gas que también se conoce como vapor , y puede ser licuado por compresión sola, sin refrigeración. 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 la presión están por encima de la temperatura crítica y presión crítica , respectivamente. En este estado, la distinción entre el líquido y el gas desaparece. Un fluido supercrítico tiene las propiedades físicas de un gas, pero su alta densidad confiere propiedades disolventes en algunos casos que dan lugar a aplicaciones útiles. Por ejemplo, el dióxido de carbono supercrítico se usa para extraer la cafeína en la fabricación de descafeinado del café. [6] No clásica estados Vidrio Artículo principal: Vidrio Los átomos de Si y O, cada átomo tiene el mismo número de bonos, pero la disposición general de los átomos es aleatoria. patrón regular hexagonal de átomos de Si y O, con un átomo de silicio en cada esquina y los átomos de O en el centro de cada lado. Representación esquemática de una forma aleatoria de la red cristalina (izquierda) y la red cristalina ordenada (a la derecha) de la composición química idéntica.

Vidrio es un no-cristalino o sólido amorfo material que presenta una transición vítrea cuando se calienta hacia el estado líquido. Los anteojos pueden ser de diferentes clases de materiales bastante: redes inorgánicas (como el cristal de la ventana, hecha de silicato de aditivos más), aleaciones metálicas, iónicas se derrite, las soluciones acuosas, líquidos moleculares y polímeros. Termodinámicamente, un vaso se encuentra en un estado metaestable con respecto a su contraparte cristalina. El tipo de cambio, sin embargo, es prácticamente cero. Cristales con algún grado de trastorno

Un cristal de plástico es uno de largo alcance posicional para sólidos moleculares, pero con las moléculas constituyentes conservar la libertad de rotación, en un vaso de orientación este grado de libertad es congelado en una desordenada apagado estado.

Del mismo modo, en un vidrio de espín magnético trastorno se congela. cristal líquido estados Artículo principal: de cristal líquido

estados de cristal líquido tiene propiedades intermedias entre líquidos y sólidos ordenados móviles. Por lo general, son capaces de fluir como un orden de largo alcance líquido, pero que exhiben. Por ejemplo, la fase nemática consiste en largas como las moléculas de varilla, como para-azoxyanisole , que es nemático en el rango de temperatura de 118–136 º C [7] En este estado, el flujo de moléculas como en un líquido, pero todas apuntan en la misma dirección (dentro de cada dominio) y no puede girar libremente.

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

De metales de transición átomos suelen tener momentos magnéticos debido a la red spin de los electrones que quedan sin pareja y que no forman enlaces químicos. En algunos sólidos los momentos magnéticos de diferentes átomos están ordenados y pueden formar un material ferromagnético, antiferromagnet uno o ferrimagnet uno.

En un material ferromagnético , por ejemplo, sólido de hierro -el momento magnético de cada átomo se alinea en la misma dirección (dentro de un dominio magnético ). Si los dominios están alineados, el sólido es un permanente imán , que es magnético, incluso en ausencia de un exterior del campo magnético . La magnetización desaparece cuando el imán se calienta al punto de Curie , que para el hierro es de 768 ° C.

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

En un ferrimagnet , las dos redes de los momentos magnéticos son opuestos, pero desigual, de modo que la cancelación es incompleta y no es distinto de cero magnetización neta. Un ejemplo es la magnetita (Fe 3 O 4), que contiene Fe 2 + y Fe 3 + iones a los momentos magnéticos. Temperatura de los estados de baja Superfluidos Artículo principal: superfluido

Cerca del cero absoluto, algunos líquidos formar un estado líquido segundo descrito como superfluido, ya que tiene cero viscosidad (o fluidez infinita, es decir, que fluye sin fricción). Esto fue descubierto en 1937 por el helio superfluido que forma debajo de la temperatura de la lambda de 2,17 K. En este estado se tratará de ‘subir’ fuera de su contenedor. [8] También tiene infinitas conductividad térmica para que no gradiente de temperatura se pueden formar en un superfluido. Colocación de un líquido en un envase super gira dará lugar a vórtices cuantizados .

Estas propiedades se explican por la teoría de que el común isótopo helio-4 forma un condensado Bose-Einstein (ver sección siguiente) en el estado superfluido. More recently, Fermionic condensate superfluids have been formed at even lower temperatures by the rare isotope helium-3 and by lithium-6 . [ 9 ] Condensados ​​Bose-Einstein Artículo principal: condensado Bose-Einstein

En 1924, Albert Einstein y Satyendra Nath Bose predijeron el “condensado Bose-Einstein”, a veces referido como el quinto estado de la materia.

En la fase de gas, el condensado Bose-Einstein mantuvo una predicción teórica no verificada por muchos años. En 1995 los grupos de investigación de Eric Cornell y Carl Wieman , de JILA en la Universidad de Colorado en Boulder , produjo el primer condensado como experimentalmente. Un condensado Bose-Einstein es “frío” de un sólido. Puede ocurrir cuando los átomos tienen muy similares (o el mismo) niveles cuánticos , a temperaturas muy cerca del cero absoluto (−273,15 ° C). Los condensados ​​fermiónicos Artículo principal: condensado fermiónico

Un condensado fermiónico es similar a la de Bose-Einstein, pero integrado por fermiones . El principio de exclusión de Pauli impide que los fermiones de entrar en el mismo estado cuántico, pero un par de fermiones pueden comportarse como un bosón, y varios pares de estos puede entrar en el mismo estado cuántico, sin restricciones. Moléculas de Rydberg

Uno de los estados metaestables de la no-ideal de plasma con fuerza es asunto de Rydberg , que forma a la condensación de átomos excitados . Estos átomos también puede convertirse en iones y electrones si llegan a una cierta temperatura. En abril de 2009, la Naturaleza informó de la creación de moléculas de Rydberg de un átomo Rydberg y un estado fundamental del átomo, [10] que confirma que dicho estado de la materia podría existir. [11] El experimento se realizó utilizando ultrafríos rubidio átomos. Hall cuántico estados Artículo principal: Efecto Hall Cuántico

Un estado cuántico Hall da lugar a la tensión de Hall cuantizado medida en la dirección perpendicular al flujo de corriente. Un estado de espín cuántico Hall es una fase teórica que puede allanar el camino para el desarrollo de dispositivos electrónicos que disipan menos energía y generan menos calor. Esta es una derivación del estado Hall cuántico de la materia. materia extraña Artículo principal: materia extraña

materia extraña es un tipo de materia de quarks que puedan existir dentro de algunas estrellas de neutrones cerca de la -Oppenheimer-Volkoff límite de Tolman (alrededor de 2.3 masas solares ). Puede ser estable en los estados de menor energía una vez formado. Estados de alta energía Plasma (gas ionizado) Artículo principal: Plasma (física)

Plasmas y gases ionizados puede existir a temperaturas a partir de varios miles de grados centígrados, cuando estén constituidos por partículas cargadas libre, generalmente en número igual, como los iones y electrones. Plasma, como el gas, es un estado de la materia que no tiene forma definida o el volumen. A diferencia de los gases, plasmas pueden auto-generar campos magnéticos y corrientes eléctricas, y responder con fuerza y ​​colectivamente a las partículas forces.The electromagnéticas que forman los plasmas tienen cargas eléctricas, por lo que plasma puede conducir la electricidad. Dos ejemplos de plasma son el aire cargado producido por un rayo , y una estrella como nuestro propio dom .

Como un gas se calienta, los electrones comienzan a salir de los átomos, lo que resulta en la presencia de electrones libres, que no están vinculados a los núcleos, y los iones, que son especies químicas que contienen el número desigual de electrones y protones, y por lo tanto poseen una carga eléctrica . Las cargas eléctricas libres de hacer el plasma eléctricamente conductor a fin de que responde fuertemente a los campos electromagnéticos. A temperaturas muy altas, como los presentes en las estrellas, se supone que, básicamente, todos los electrones son “libres”, y que un plasma de muy alta energía es esencialmente nadar desnudo núcleos en un mar de electrones. El plasma es el estado más común de la no- materia oscura en el universo.

Un plasma puede ser considerado como un gas de partículas altamente ionizados, pero las fuerzas interiónicas poderoso conducen a propiedades muy diferentes, por lo que se suele considerar como una fase o estado de la materia. Plasma de quarks y gluones Artículo principal: -gluón plasma de quarks

-Gluón plasma de quark es una fase en la cual los quarks quedan libres y capaces de moverse de forma independiente (en vez de estar perpetuamente ligado en partículas) en un mar de gluones (partículas subatómicas que transmiten la fuerza fuerte que une a los quarks juntos), lo que es similar a la división moléculas en átomos. Este estado puede ser breve posible en los aceleradores de partículas , y permite a los científicos para observar las propiedades de los quarks individuales, y no sólo teorizar. Véase también Extrañeza de producción .

la materia débilmente simétrica: para un máximo de 10 −12 segundos después del Big Bang a los fuertes, débiles y las fuerzas electromagnéticas se unificaron. enérgicamente cuestión simétrica : para un máximo de 10 −36 segundos después del Big Bang, la densidad de energía del universo era tan alta que las cuatro fuerzas de la naturaleza - fuerte , débil , electromagnética y gravitatoria - Se cree que se han unificado en una sola fuerza. A medida que el universo se expandía, la temperatura y la densidad se redujo y la gravedad separan la fuerza, un proceso llamado ruptura de la simetría .

-Gluón plasma de quark fue descubierto en el CERN en 2000. Muy estados de alta energía

La singularidad gravitacional predicho por la relatividad general que existe en el centro de un agujero negro no es una fase de la materia, [ cita requerida ] no es un objeto material en absoluto (a pesar de la masa-energía de la materia ha contribuido a su creación), sino más bien una propiedad del espacio-tiempo en un lugar. Otros Estados propusieron materia degenerada Artículo principal: la materia degenerada

Bajo alta presión extremadamente, la materia ordinaria se somete a una transición a una serie de estados exóticos de la materia conocidos colectivamente como materia degenerada . En estas condiciones, la estructura de la materia se apoya en el principio de exclusión de Pauli . Estos son de gran interés para los astrofísicos , ya que estas condiciones de alta presión se cree que existen dentro de las estrellas que han agotado su fusión nuclear “combustible”, tales como las enanas blancas y estrellas de neutrones .

De electrones degenerados cuestión se encuentra dentro de enanas blancas estrellas. Los electrones permanecen unidos a átomos, pero son capaces de transferir a los átomos adyacentes. neutrones-materia degenerada se encuentra en las estrellas de neutrones . presión Latino gravitatoria comprime los átomos con tanta fuerza que los electrones se ven obligados a combinar con los protones a través de la desintegración beta inversa, dando lugar a un conglomerado superdensa de neutrones. (Normalmente neutrones libres fuera de un núcleo atómico se caries con una vida media de poco menos de 15 minutos, pero en una estrella de neutrones, como en el núcleo de un átomo, otros efectos de regularización de los neutrones.) Supersólido Artículo principal: supersólido

Un supersólido es un material ordenados espacialmente (es decir, un sólido o un cristal) con propiedades superfluido. Al igual que en un superfluido, un supersólido es capaz de moverse sin fricción, pero conserva una forma rígida. Aunque un supersólido es un sólido, exhibe muchas propiedades características tan diferentes de otros sólidos que muchos argumentan que es otro estado de la materia. [12] String neto líquido Artículo principal: red de líquido de cadena

En un líquido de cadena-net, los átomos tienen arreglo aparentemente inestable, como un líquido, pero siguen siendo coherentes en el patrón general, como un sólido. Cuando en un estado sólido normal, los átomos de la materia se alinean en un patrón de rejilla, de modo que el spin de un electrón es lo opuesto a la rotación de todos los electrones tocarlo. Pero en un líquido de cadena-net, los átomos se arreglan en un patrón que requieren algunos electrones de tener vecinos con el mismo giro. Esto da lugar a curiosas propiedades, así como el apoyo a algunas propuestas inusual acerca de las condiciones fundamentales del universo mismo. Supercristal Artículo principal: supercristal

Un supercristal es una fase de la materia que se caracteriza, al mismo tiempo por la superfluidez y una estructura amorfa congelados.

State of matter. (2011, April 29). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 19:34, May 1, 2011, from http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=State_of_matter&oldid=426498671


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