Estados de agregación menos conocidos y fases de la materia

Por todos son conocidos los estados de agregación clásicos de la materia: sólido, líquido y gas. Cualquier persona con un mínimo de formación científica o con conocimientos de cultura general también conoce el plasma. Pero existen bastantes más estados de agregación de la materia que, debido a que no se encuentran presentes en nuestro día a día, o a simple vista parecen otro estado, no son conocidos por la mayoría de la población.

Como estudiante universitario de un grado de ciencias he conocido a muchos otros estudiantes de ciencias, de los cuales la gran mayoría no conocían de la existencia de estos otros estados. Me parece bastante triste que estudiantes a los que les queda poco para acabar una carrera de ciencias, o incluso que ya la han terminado y están realizando un máster o trabajando, piensen que no existan más que los estados de agregación clásicos ya mencionados, por ello me dispongo en este artículo a realizar una breve presentación de algunos de estos estados de agregación menos conocidos.

  • Cristal líquido, o mesofase, ya presentado en un artículo anterior, es un estado de agregación de la materia que presenta propiedades intermedias entre un líquido y un sólido cristalino. Por ejemplo, la fluidez de un líquido, y la ordenación de las moléculas en el espacio típico de un sistema cristalino. Ejemplo de esto serían las membranas biológicas, o el material de las pantallas LCD (liquid-crystal display).
  • Superfluido, descubierto en 1938 por Pyotr Kapitsa, John Allen y Don Miesner, en el helio-4 líquido, apareciendo el superfluido a temperaturas inferiores a 2,17K. Un superfluido se trata de un fluido con viscosidad cero, por lo que puede fluir sin pérdida de energía cinética, por ejemplo, al ser agitado, los vórtices formados pueden formar indefinidamente. El físico Arkady Migdal propuso que la superfluidez existe en el interior de las estrellas de neutrones.
  • Supersólido, análogo al superfluido, también posee viscosidad cero, pero ordenado espacialmente y con forma rígida. Hasta hace poco era simplemente un estado propuesto de manera teórica, pero este 2017 dos grupos de investigación del MIT y de ETH Zurich, publicaron la creación del primer supersólido mediante el uso de gases cuánticos ultrafríos.
  • Condensado de Bose-Einstein, predicho por Satyendra Nath Bose y Albert Einstein. Fue producido por primera vez en 1995 por Eric Cornell y Carl Wieman, y poco después Wolfgang Ketterle demostró algunas de sus importantes propiedades, logro por el que los tres obtuvieron el Premio Nobel en física de 2001. Se trata de un gas diluido de bosones enfriado a temperaturas muy cercanas al cero absoluto, y es formado enfriando hasta dichas temperaturas un gas de densidad extremadamente baja (alrededor de una milésima parte de la densidad del aire normal). En dichas condiciones la mayoría de bosones se encuentran en su estado fundamental, formándose un estado de coherencia cuántica microscópica, y volviéndose así aparentes ciertos fenómenos cuánticos. El superfluido está relacionado con el condensado Bose-Einstein, pero ninguno de los dos es un tipo del otro, es decir, no todos los superfluidos son condensados Bose-Einstein, y viceversa.
  • Condensado de Fermi, creado por primera vez por Deborah S. Jin en 2003. Muy parecido al condensado de Bose-Einstein, es un tipo de superfluido formado por partículas fermiónicas a temperaturas incluso más bajas que el condensado Bose-Einstein.
  • Materia degenerada, en el sentido cuántico de la palabra. Son aquellos estados de la materia cuyas propiedades vienen determinadas por la mecánica cuántica. En condiciones de presiones extremadamente altas, como en el núcleo de una estrella, si dicho núcleo se contrae, las partículas, se acercan tanto, que, debido al principio de exclusión de Pauli, se genera una “contrapresión”, denominada presión de degeneración, que evita que la materia se contraiga más. Gracias a esta presión de degeneración la materia puede soportar presiones mucho más altas de lo que podría sin ella. En estas condiciones de densidades extremadamente altas, algunas propiedades de la materia empiezan a estar determinadas por mecánica cuántica en vez de las leyes clásicas que conocemos; Por ejemplo, la presión de un gas degenerado viene determinado únicamente por la velocidad de las partículas degeneradas, y no por la temperatura del mismo, ya que variar la velocidad de dichas partículas requiere muchísima energía debido a que están “atrapadas” al estar todas las partículas tan pegadas, por lo que un cambio en la temperatura sólo variará la velocidad de las partículas no degeneradas, y no producirá un cambio en la presión.

Aparte de los estados de agregación de la materia presentados, existen más de los que no voy a hablar, para no hacer el artículo demasiado largo y pesado, pero que si alguien está interesado en ellos no lo tendrá difícil para encontrar información.

Otro aspecto importante que no conoce mucha gente y que me gustaría comentar, es que en muchos casos “no podemos” hablar simplemente de estados sólido o líquido de una sustancia, ya que podemos encontrar varias fases que se pueden clasificar en un mismo estado de agregación, por ejemplo, del agua se conocen 17 fases cristalinas sólidas y una amorfa, y dos fases líquidas, todas con diferentes propiedades, por lo que existirían 18 tipos de “hielo” y dos tipos de “agua”.

Y aunque alguien podría decir: “Bueno, aunque existan 18 tipos de hielo, todos son sólidos”, lo cierto es que podemos encontrar ciertas fases en los que no es tan evidente, por ejemplo la fase α del AgI, estructura que podemos encontrar también por ejemplo en el RbI a temperatura ambiente, se trata de una fase semifundida, en la que los iones yoduro se mantienen en sus posiciones cristalográficas, y los iones plata presentan comportamiento como si la sal se encontrara en estado fundido.

Espero que el texto haya servido un poco para abrir los ojos de los lectores que no conocían de estos temas, ya que el universo es algo mucho más complejo, interesante y maravilloso de lo que la mayoría pensamos, y gracias a aquellos que hayan aguantado hasta el final del artículo, ya que entiendo que se trata de un tema que se puede hacer aburrido.

 

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