Seis estados para la materia

Entendemos por materia todo aquello que nos rodea y que podemos percibir con los sentidos.

Es de lo que, en buena medida, está hecho el Universo: el aire, las rocas, los mares, las plantas, los animales, todo.

Y sabemos que se presenta con distintas formas, no siempre distinguibles y diferenciables a simple vista.

En ciencia, a estas formas se las denominan estados físicos o estados de agregación, porque nos dan una idea de cómo están unidos o agregados sus componentes fundamentales, sean éstos moléculas, átomos, iones, etc.

Y no hay ningún error en su título. En la actualidad el hombre admite la existencia de, hasta ahora, seis (6) estados para la materia. A saber:

1.- Sólido
2.- Líquido
3.- Gas
4.- Plasma
5.- Condensado de Bose-Einstein
6.- Condensado fermiónico (de Fermi).

Sólido, líquido y gaseoso

De los tres primeros poco que añadir que usted no sepa. Son de sobra conocidos por todos, al formar parte de nuestras experiencias diarias y haberse estudiado, además, en la Enseñanza Secundaria.

El sólido lo reconocemos en la cama en la que nos acostamos, el líquido en el agua que bebemos y el gas en el aire que respiramos.

Unos estados para la materia que, en los institutos de enseñanza hemos aprendido, se diferencian por los distintos valores que tienen para diferentes propiedades.

Propiedades como la:
- expansión (extenderse ocupando todo el espacio vacío disponible),
- compresión (reducir el espacio que ocupan al ser empujados),
- difusión (desplazarse a través de otro medio material),
- fluidez (desplazarse por tuberías),
- deformación (capacidad de conservar la forma frente a los cambios de presión),
- dilatación y contracción térmica (capacidad que tienen los cuerpos para variar, aumentar y disminuir, su volumen frente a un proceso térmico). Y otras más.

Unas propiedades que no son más que la descripción fenomenológica (DF) de su observación “macroscópica”, o sea a nivel molar.

Y que se explican e interpretan teóricamente (IT) a nivel molecular, observación “microscópica”, mediante el modelo cinético-molecular (MCM).

Como ven, nada que ustedes no supieran o puedan recordar de sus secundarios años escolares.

Una circunstancia que, quizás, no ocurra con los otros tres estados, el plasma y los condensados. Tal vez les suenen sus nombres. O hayan leído algo sobre ellos. Pero es probable que así, a bote pronto, no tengan una idea clara de qué son. Pues bien, ahí va una impronta.

Plasma

Hay quien lo llama “el cuarto estado de la materia” y no entiendo bien el porqué.

No es más que una mera cuestión ordinal. Sencillamente se descubrió después de los tres primeros. Ergo.

Lo curioso del asunto es que el plasma, a pesar de ser un estado poco conocido por el público en general, está más cerca de nosotros de lo que nos imaginamos.

Lo digo porque no sólo está en el Sol, sino que también existe en el viento solar, en la ionosfera y en la magnetosfera terrestres.

Además de encontrarse en el interior de nuestras lámparas fluorescentes, letreros luminosos de neón, luces urbanas, bolas de plasma, etcétera.

Como ven vivimos rodeados de plasma.

En realidad el 99% de la materia conocida del universo, se encuentra en estado de plasma. Aunque bien es cierto, que no conocemos todo el universo. Pero del que conocemos, su 99% está en este estado. O sea, que casi todo es plasma en el universo conocido.

Desde el punto de vista científico el plasma es un gas ionizado, o lo que es lo mismo, está formado por átomos que se han disociado.

Sucede que, por diferentes causas (térmicas, mecánicas, etc), los átomos se rompen quedando libres distintas partículas: electrones negativos, restos de átomos e iones positivos.

Unas partículas que se mueven de forma independiente, en una especie de atmósfera eléctrica que hemos dado en llamar plasma.

La física del plasma es un campo matemático difícil, cuyo estudio requiere un profundo conocimiento de la Teoría Electromagnética (TEM) de Maxwell.

Ya saben, uno de los dos pilares de la Física Clásica junto con la Mecánica Newtoniana.

Por cierto que éste es el estado en el que se encuentra el contenido de las esferas o bolas de plasma. Uno de los juguetes que nunca debe faltar en un Laboratorio de Física, que se precie.

Condensado de Bose-Einstein (CBE)

Puesto a ordenar sería “el quinto estado de la materia”. Fue en 1920 cuando, S. Nath Bose, desarrolló un estudio estadístico sobre fotones que envió a Albert Einstein para su supervisión, y que el genio no dudó en aplicar a sus investigaciones sobre los átomos. Es lo que se llama una colaboración.

Si bien ambos predijeron teóricamente, en 1924, la existencia de este nuevo estado. No fue hasta 1995 cuando los físicos E. A. Cornell, C. E. Wieman y W. Ketterle lo obtuvieron en el laboratorio.

Un logro que les hizo merecedores del Premio Nobel en Física de 2001.

Desde el punto de vista científico, este estado se consigue a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273 ºC) y se caracteriza porque los átomos se encuentran todos en el mismo lugar, formando un superátomo.

Condensado fermiónico

En principio pasa por ser el sexto y último estado conocido de la materia.

Aunque desarrollado teóricamente en 1999 por la U. de Colorado, el primer condensado de Fermi constituido por átomos no fue creado hasta el 2003.

Por ahora baste saber que es como una nube de átomos de potasio, congelados a una temperatura de una billonésima de kelvin (10-6 o 0,000 001 K).

Una temperatura a la que la materia cesa en su movimiento.

Lo que le proporciona un valor de superfluidez que le coloca a medio camino entre el condensado de Bose-Einstein y los superconductores.

Algo muy interesante, tanto en el terreno teórico, pues nos permitiría comprender mejor la conducta mecánico-cuántica del átomo, como en el práctico, ya que nos acercaría un poco más a los superconductores y su más que aprovechable comportamiento energético.

Ya veremos en lo que queda. (Continuará).