I 5 STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA - CHIMICA - 2026

Gli stati di aggregazione della materia sono legati al fatto che essa può esistere in stati differenti, a seconda della densità esibita dalle molecole che la compongono. La scienza della fisica è responsabile dello studio della natura e delle proprietà della materia e dell'energia nell'universo.

Il concetto di materia è definito come tutto ciò che costituisce l'universo (atomi, molecole e ioni), che forma tutte le strutture fisiche esistenti. Le tradizionali indagini scientifiche hanno considerato gli stati di aggregazione della materia completi come quelli rappresentati nei tre noti: solido, liquido o gassoso.

Tuttavia, ci sono altre due fasi che sono state determinate più di recente, consentendo loro di essere classificate come tali e aggiunte ai tre stati originali (il cosiddetto plasma e il condensato di Bose-Einstein).

Queste rappresentano forme di materia più rare di quelle tradizionali, ma che nelle giuste condizioni mostrano proprietà intrinseche e abbastanza uniche da essere classificate come stati di aggregazione.

Stati di aggregazione della materia

Solido

I metalli sono solidi

Quando si parla di materia allo stato solido, si può definire quella in cui le molecole che la compongono sono unite in modo compatto, lasciando pochissimo spazio tra loro e conferendo un carattere rigido alla sua struttura.

Pertanto, i materiali in questo stato di aggregazione non scorrono liberamente (come i liquidi) o si espandono volumetricamente (come i gas) e, ai fini delle varie applicazioni, sono considerati sostanze incomprimibili.

Inoltre possono avere strutture cristalline, che sono organizzate in modo ordinato e regolare o in modo disordinato e irregolare, come strutture amorfe.

In questo senso i solidi non sono necessariamente omogenei nella loro struttura, potendo trovare quelli chimicamente eterogenei. Hanno la capacità di passare direttamente allo stato liquido in un processo di fusione, nonché di passare allo stato gassoso per sublimazione.

Tipi di solidi

I materiali solidi sono suddivisi in una serie di classificazioni:

Metalli: sono quei solidi forti e densi che di solito sono anche ottimi conduttori di elettricità (a causa dei loro elettroni liberi) e di calore (a causa della loro conducibilità termica). Costituiscono gran parte della tavola periodica degli elementi e possono essere uniti con un altro metallo o non metallico per formare leghe. A seconda del metallo in questione, possono essere trovati naturalmente o prodotti artificialmente.

minerali

Sono quei solidi formati naturalmente attraverso processi geologici che avvengono ad alta pressione.

I minerali sono catalogati in questo modo dalla loro struttura cristallina con proprietà uniformi, e variano enormemente nel tipo a seconda del materiale di cui si parla e delle sue origini. Questo tipo di solido si trova molto comunemente in tutto il pianeta Terra.

Ceramica

Sono solidi che vengono creati da sostanze inorganiche e non metalliche, tipicamente mediante l'applicazione di calore, e che hanno strutture cristalline o semicristalline.

La particolarità di questo tipo di materiale è che può dissipare alte temperature, impatti e forza, rendendolo un ottimo componente per tecnologie avanzate in campo aeronautico, elettronico e anche militare.

Solidi organici

Sono quei solidi che sono composti principalmente dagli elementi carbonio e idrogeno e possono anche avere molecole di azoto, ossigeno, fosforo, zolfo o alogeno nella loro struttura.

Queste sostanze variano enormemente, con materiali che vanno dai polimeri naturali e artificiali alla cera di paraffina proveniente dagli idrocarburi.

Materiali compositi

Sono quei materiali relativamente moderni che sono stati sviluppati unendo due o più solidi, creando una nuova sostanza con caratteristiche di ciascuno dei suoi componenti, sfruttando così le loro proprietà per un materiale superiore agli originali. Esempi di questi includono cemento armato e legno composito.

Semiconduttori

Sono chiamati per la loro resistività e conduttività elettrica, che li pone tra conduttori metallici e induttori non metallici. Sono frequentemente utilizzati nel campo dell'elettronica moderna e per accumulare energia solare.

nanomateriali

Sono solidi di dimensioni microscopiche, il che significa che hanno proprietà diverse rispetto alla loro versione più grande. Trovano applicazioni in campi specializzati della scienza e della tecnologia, come nel campo dell'accumulo di energia.

biomateriali

Sono materiali naturali e biologici con caratteristiche complesse e uniche, diverse da tutti gli altri solidi per la loro origine data attraverso milioni di anni di evoluzione. Sono costituiti da diversi elementi organici, e possono essere formati e riformati secondo le caratteristiche intrinseche che possiedono.

Liquido

Il liquido è chiamato una materia che si trova in uno stato quasi incomprimibile, che occupa il volume del contenitore in cui si trova.

A differenza dei solidi, i liquidi scorrono liberamente sulla superficie dove si trovano, ma non si espandono volumetricamente come i gas; per questo mantengono una densità pressoché costante. Hanno anche la capacità di bagnare o inumidire le superfici che toccano a causa della tensione superficiale.

I liquidi sono governati da una proprietà nota come viscosità, che misura la loro resistenza alla deformazione per taglio o movimento.

In base al loro comportamento rispetto alla viscosità e alla deformazione, i liquidi possono essere classificati in fluidi newtoniani e non newtoniani, sebbene ciò non sarà discusso in dettaglio in questo articolo.

È importante notare che ci sono solo due elementi che si trovano in questo stato di aggregazione in condizioni normali: il bromo e il mercurio, e anche il cesio, il gallio, il francio e il rubidio possono facilmente raggiungere uno stato liquido in condizioni adeguate.

Possono essere trasformati in uno stato solido mediante un processo di solidificazione, nonché trasformati in gas mediante ebollizione.

Tipi di liquidi

Secondo la loro struttura, i liquidi sono divisi in cinque tipi:

solventi

Rappresentando tutti quei liquidi comuni e non comuni con un solo tipo di molecole nella loro struttura, i solventi sono quelle sostanze che servono a sciogliere sostanze solide e altri liquidi all'interno, per formare nuovi tipi di liquidi.

soluzioni

Sono quei liquidi sotto forma di una miscela omogenea, che sono stati formati dall'unione di un soluto e un solvente, il soluto può essere un solido o un altro liquido.

emulsioni

Sono rappresentati come quei liquidi che si sono formati mescolando due liquidi tipicamente immiscibili. Si osservano come un liquido sospeso all'interno di un altro sotto forma di globuli, e si possono trovare nella forma W / O (acqua nell'olio) o O / W (olio nell'acqua), a seconda della loro struttura.

sospensioni

Le sospensioni sono quei liquidi in cui sono presenti particelle solide sospese in un solvente. Possono essere formati in natura, ma sono più comunemente visti in campo farmaceutico.

Spray per aerosol

Si formano quando un gas passa attraverso un liquido e il primo viene disperso nel secondo. Queste sostanze sono di natura liquida con molecole gassose e possono separarsi con l'aumento della temperatura.

Gas

Si considera gas quello stato di materia comprimibile, in cui le molecole sono notevolmente separate e disperse, e dove si espandono fino ad occupare il volume del contenitore in cui sono contenute.

Inoltre, ci sono diversi elementi che si trovano naturalmente allo stato gassoso e possono unirsi ad altre sostanze per formare miscele gassose.

I gas possono essere convertiti direttamente in liquidi mediante il processo di condensazione e in solidi mediante il raro processo di deposizione. Inoltre, possono essere riscaldati a temperature molto elevate o fatti passare attraverso un forte campo elettromagnetico per ionizzarli, trasformandoli in plasma.

In considerazione della loro natura complicata e instabilità a seconda delle condizioni ambientali, le proprietà dei gas possono variare a seconda della pressione e della temperatura in cui si trovano, quindi a volte si lavora con i gas partendo dal presupposto che siano "ideali".

Tipi di gas

Esistono tre tipi di gas in base alla loro struttura e origine, descritti di seguito:

Naturali elementari

Sono definiti come tutti quegli elementi che si trovano allo stato gassoso in natura e in condizioni normali, essendo osservati sul pianeta Terra così come su altri pianeti.

In questo caso si possono citare come esempi ossigeno, idrogeno, azoto e gas nobili, oltre a cloro e fluoro.

Composti naturali

Sono gas che si formano in natura mediante processi biologici e sono costituiti da due o più elementi. Di solito sono costituiti da idrogeno, ossigeno e azoto, anche se in casi molto rari possono essere formati anche con gas nobili.

Artificiale

Sono quei gas creati dall'uomo a partire da composti naturali, realizzati per soddisfare le esigenze che ha l'uomo. Alcuni gas artificiali come i clorofluorocarburi, gli agenti anestetici e gli sterilizzanti possono essere più tossici o inquinanti di quanto si pensasse in precedenza, quindi esistono normative che ne limitano l'uso massiccio.

Plasma

Questo stato di aggregazione della materia è stato descritto per la prima volta negli anni '20 ed è caratterizzato dalla sua inesistenza sulla superficie terrestre.

Appare solo quando un gas neutro è sottoposto a un campo elettromagnetico abbastanza forte, formando una classe di gas ionizzato che è altamente conduttivo per l'elettricità, e che è anche sufficientemente diverso dagli altri stati di aggregazione esistenti per meritare la sua classificazione come stato. .

La materia in questo stato può essere deionizzata per diventare di nuovo un gas, ma è un processo complesso che richiede condizioni estreme.

Si ipotizza che il plasma rappresenti lo stato della materia più abbondante nell'universo; Questi argomenti si basano sull'esistenza della cosiddetta "materia oscura", proposta dai fisici quantistici per spiegare i fenomeni gravitazionali nello spazio.

Tipi di plasma

Esistono tre tipi di plasma, classificati solo in base alla loro origine; Ciò accade anche all'interno della stessa classificazione, poiché i plasmi sono molto diversi tra loro e conoscerne uno non è sufficiente per conoscerli tutti.

Artificiale

È quel plasma artificiale, come quelli che si trovano all'interno di schermi, lampade fluorescenti e insegne al neon e nei propellenti per razzi.

Sbarcare

È il plasma che si forma in un modo o nell'altro dalla Terra, rendendo chiaro che si trova principalmente nell'atmosfera o in altri ambienti simili e che non si trova sulla superficie. Include fulmini, vento polare, ionosfera e magnetosfera.

Spazio

È quel plasma che si osserva nello spazio, formando strutture di diverse dimensioni, variabili da pochi metri a enormi estensioni di anni luce.

Questo plasma è osservato nelle stelle (compreso il nostro Sole), nel vento solare, nel mezzo interstellare e intergalattico, oltre alle nebulose interstellari.

Condensa di Bose-Einstein

Il condensato di Bose-Einstein è un concetto relativamente recente. Ha la sua origine nel 1924, quando i fisici Albert Einstein e Satyendra Nath Bose ne predissero l'esistenza in modo generale.

Questo stato della materia è descritto come un gas diluito di bosoni - particelle elementari o composte associate all'essere vettori di energia - che sono stati raffreddati a temperature molto vicine allo zero assoluto (-273,15 K).

In queste condizioni, i bosoni componenti del condensato passano al loro stato quantistico minimo, inducendoli a presentare proprietà di fenomeni microscopici unici e particolari che li separano dai gas normali.

Le molecole di un condensato BE mostrano caratteristiche di superconduttività; cioè, c'è un'assenza di resistenza elettrica. Possono anche mostrare caratteristiche di superfluidità, che fanno sì che la sostanza abbia una viscosità zero, quindi può fluire senza alcuna perdita di energia cinetica dovuta all'attrito.

A causa dell'instabilità e della breve esistenza della materia in questo stato, i possibili usi di questi tipi di composti sono ancora allo studio.

Ecco perché, oltre ad essere utilizzato in studi che hanno cercato di rallentare la velocità della luce, non sono state ottenute molte applicazioni per questo tipo di sostanza. Tuttavia, ci sono indicazioni che potrebbe aiutare l'umanità in un gran numero di ruoli futuri.

Riferimenti

1. BBC. (Sf). Stati della materia. Estratto da bbc.com
2. Apprendimento, L. (sf). Classificazione della materia. Estratto da course.lumenlearning.com
3. LiveScience. (Sf). Stati della materia. Estratto da livescience.com
4. Università, P. (sf). Stati della materia. Estratto da chem.purdue.edu
5. Wikipedia. (Sf). Stato della materia. Estratto da en.wikipedia.org