Estados de la materia

Cambiando de tercio, hoy voy a tocar un género poco habitual en este blog: los cómics de superhéroes. Supongo que todo el mundo tendrá una idea de quiénes son los 4 Fantásticos, aunque sólo sea por la película que se estrenó el año pasado (y que no hace justicia al cómic). Allá por la década de los 80, John Byrne se hizo cargo del guion y el dibujo, y realizó lo que para muchos es una de las mejores etapas de la colección. En su primer número (232), el villano Diablo atacaba al grupo con unos seres artificiales y mágicos, que representaban los cuatro elementos clásicos griegos: aire, agua, fuego y tierra. Como Mister Fantástico es muy listo, se dio cuenta de que para derrotarlos, había que forzar un cambio de estado de la materia en ellos, y entonces desaparecían. Así, la Chica Invisible creó un campo de fuerza alrededor del ser de aire, y lo comprimió hasta licuárlo. Mister Fantástico utilizó unos cables de alta tensión sobre el ser de agua, y lo descompuso en oxígeno e hidrógeno mediante electrólisis. La Cosa arrancó una tubería de agua y dirigió el chorro al ser de tierra, que se deshizo. Quedaba el ser de fuego, y Mister Fantástico dijo con preocupación que los métodos utilizados con sus compañeros no iban a servir con el ser de fuego, ya que el fuego no es un estado de la materia, sino una transición entre ellos. Finalmente, la Antorcha Humana utilizó su llama Nova para consumir todo el oxígeno de alrededor, y el ser de fuego se extinguió.

Obviamente, desde el momento en el que aparece la magia en una historia, no se puede aplicar la ciencia. Pero sí se puede aplicar a las afirmaciones que hace Mister Fantástico, ya que se supone que es uno de los mayores científicos del mundo. Una de ellas es cuando dice que si uno de esos seres cambia su estado de la materia, desaparece. Bien, dado que hay magia de por medio, nos lo creemos. Pero salvo en el caso del ser de aire, ninguna de las otras acciones produce un cambio de estado realmente.

Lo primero que hay que tener claro es qué son los estados de agregación de la materia. En el colegio nos enseñaron que cualquier elemento o compuesto puede existir en 3 estados: sólido, líquido y gaseoso. Para pasar de un estado a otro, deben alcanzarse determinadas condiciones de presión y temperatura. Así, todos sabemos que el agua se congela a 0ºC y hierve a 100ºC (en ambos casos, a 1 atmósfera de presión). También nos insistieron en que, aunque los distintos estados tenían distintas propiedades físicas, la materia seguía siendo químicamente la misma. El ejemplo más utilizado es el agua (otra vez), que podemos encontrar en forma de hielo, agua líquida o vapor de agua. En cualquiera de los tres estados, sigue siendo químicamente agua, es decir, sigue estando formado por moléculas de H₂O.

Si comprimimos un gas, estamos aumentando su presión, de forma que superando un determinado valor, se licúa. Así pues, el planteamineto en el caso del ser de aire es correcto. Sin embargo, no sucede lo mismo con el resto.

Si realizamos un proceso de electrólisis sobre el agua, lo que estamos haciendo es descomponer la molécula de agua en sus componentes: hidrógeno y oxígeno (en realidad, se descompone en iones OH^- y H⁺, que posteriormente reaccionan con los electrodos para formar O₂ y H₂). Y aunque sean gases, no hemos hecho realmente un cambio de estado sobre el agua, ya que el resultado final, no es agua en estado gaseoso. Si Mister Fantástico estaba convencido de que debía provocar un cambio de estado, no habría intentado una electrólisis (otra cosa es que estuviera equivocado, y que el proceso funcionase por otro motivo).

Si mezclamos tierra con agua, tampoco estamos haciendo ningún cambio de estado. Estamos creando una disolución, o más bien, una suspensión. La tierra permanece en estado sólido, aunque dispersada en forma de diminutos granos, mezclados con el agua. Pese a obtener una materia más o menos líquida, no hay cambio de estado. Bueno, La Cosa no es precisamente un lumbreras, así que no tenía por qué saber eso. Pero después de derrotar al ser de tierra, Mister Fantástico seguía diciendo que había que provocar un cambio de estado.

Finalmente, al plantearse el problema de derrotar al ser de fuego, dice que el fuego no es un estado de la materia, sino una transición entre dos estados. Bueno, el fuego no es una transición entre dos estados de la materia. El fuego es el producto de una combustión, y ésta altera químicamente el combustible, ya que se trata de una reacción química de oxidación (combinación con oxígeno) que además genera calor. Un ejemplo muy utilizado es la del carbono, que al mezclarse con oxígeno se convierte en CO₂. Nos encontramos ante el mismo caso que la electrólisis: la composición química de los materiales cambia. No estamos pues ante un cambio de estado.

Lo curioso es que, no sólo el fuego no es una transición de estados, sino que en cierta forma es un estado más de la materia. ¿Cómorr? Además de los tres estados que nos enseñaron en el colegio, existen otros dos. Uno es el condensado de Bose-Einstein (que ahora no viene al caso). Pero el que nos interesa es uno al que frecuentemente se le ha llamado el cuarto estado de la materia: el plasma. Al mencionar esta palabra, la mayoría de la gente piensa en televisiones planas, o bien en masas de gas a elevadísimas temperaturas, como las del Sol. Pero el plasma no es más que un gas (generalmente ionizado), cuyas moléculas están mucho más libres que en el estado gaseoso normal, provocando unos comportamientos distintos. Podríamos pensar en el plasma como un estado más allá del gaseoso. Las pantallas de plasma, se llaman así porque hay plasma en su interior. Y las estrellas están formadas por plasma. Pero hay muchos otros tipos de plasma, como los rayos de tormenta, el gas que hay en el interior de un tubo fluorescente, nuestra ionosfera... y sí, el fuego y las llamas.