LOS CAMBIOS DE ESTADO: GRÁFICAS DE CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO

La materia se encuentra habitualmente en tres estados de agregación: el sólido, el líquido y el gaseoso. Una misma sustancia aparece en uno u otro estado en función de las condiciones de presión y temperatura a las que se encuentre sometida, por lo que mediante la variación de estas se puede conseguir la transformación entre dos estados diferentes.

La forma más sencilla, o más evidente, de cambio de estado es la que tiene lugar por modificación de la temperatura, mediante intercambio de calor entre el sistema material y su entorno. Este proceso puede ocurrir en dos sentidos:

Por calentamiento: las sustancias sólidas pasan a estado líquido o gaseoso (cambios de estado progresivos).

Por enfriamiento, las sustancias gaseosas pasan a estado líquido o sólido (cambios de estado regresivos).

Según la teoría cinético-molecular, al aumentar la temperatura de una sustancia, se produce un incremento de la energía cinética media de sus partículas, por lo que estas adquieren mayor movilidad, venciendo las fuerzas de cohesión que existen en estado sólido y, en menor medida, en estado líquido, hasta llegar a ser despreciables en estado gaseoso. En sentido inverso, al disminuir la temperatura las partículas pierden movilidad y van dominando las interacciones atractivas que conducen a agrupaciones entre ellas y a estados de agregación cada vez más ordenados. Los cambios de estado pueden ocurrir, por tanto, de dos maneras entre cada uno de los estados físicos, denominándose, en cada caso, de la siguiente manera:

El cambio de estado sólido a estado líquido se denomina fusión. El proceso inverso se conoce como solidificación.

El cambio de estado líquido a estado gaseoso se denomina vaporización. El proceso inverso se llama condensación, aunque también licuación (o licuefacción).

El cambio directo entre el estado sólido y el estado gaseoso (sin pasar por el estado líquido) se conoce, en ambos sentidos, como sublimación, distinguiéndose: sublimación progresiva (el salto de sólido a gas) y sublimación regresiva o inversa (o condensación de gas a sólido).

Durante las transiciones la temperatura no varía, ya que todo el intercambio energético está vinculado al paso de un estado a otro. En el caso de la fusión, la temperatura a la que transcurre se denomina punto de fusión (en el que coexisten en equilibrio el sólido y el líquido), que es característico de cada sustancia (o mezcla de sustancias). Para la mayoría de las sustancias, entre las que se encuentra el agua, la temperatura de solidificación (congelación) coincide con la de fusión.

Por su parte, la vaporización puede producirse de dos maneras:

Por ebullición, cuando todas las partículas alcanzan la temperatura necesaria para que se produzca el cambio de estado, conocida como punto de ebullición y que, como en la fusión, se mantiene constante durante el cambio de estado. Es lo que ocurre, por ejemplo, cuando calentamos agua hasta que comienza a hervir.

Por evaporación, cuando solo una parte de las partículas, generalmente superficiales, son capaces de escapar al estado gaseoso. Este tipo de vaporización tiene lugar a temperaturas inferiores a la de ebullición y es responsable, por ejemplo, de que los charcos se evaporen o se seque la ropa húmeda.

En algunas sustancias, como el yodo o la naftalina, se observa que el paso a estado gaseoso se produce directamente desde el estado sólido, sin pasar por el estado líquido. Esta “evaporación” desde el estado sólido es lo que se conoce como sublimación, y la temperatura a la cual ocurre se denomina punto de sublimación.

Puntos de fusión y ebullición de algunas sustancias comunes

La representación gráfica de la temperatura de una sustancia o sistema con respecto al tiempo conduce a las gráficas de calentamiento o enfriamiento en las que se visualizan perfectamente los cambios de estado y las variaciones de temperatura entre ellos: