Ida y vuelta hacia los estados_CF N° 246

Autora: María Cristina Chaler. 

Ciencia Fácil Número 246

Serie: Una mirada de la química diferente.

Ida y vuelta hacia los estados

Una sustancia según las condiciones del ambiente que la rodea se mostrará en estados diferentes. Cuando los parámetros de presión y temperatura cambian, los estados también lo hacen. La forma de mostrarse cambia según las diferentes condiciones del ambiente.

 La Ida: elevando la temperatura…

 Cuando un sólido cristalino, recibe calor si cambio de presión exterior, la sustancia que lo compone comienza a absorberlo y eleva su temperatura. Las moléculas adquieren energía que aumenta sus movimientos vibratorios en el lugar. Cuanto más calor recibe más energía poseerán y más movimiento vibratorio tendrá,  en cierto momento la estructura cristalina se desmoronará y pasará la materia al estado líquido. Este punto de desmoronamiento se llama punto de fusión. Es un punto característico para cada uno de los sólidos de la naturaleza (para el agua pura es de 0ºC) a tal punto que sirve como identificador de la sustancia. No hay dos sustancias con el mismo punto de fusión.

Mientras toda la masa cambia de estado, la energía que recibe no provoca aumento de temperatura del sistema porque es  usada para cambiar de estado fusión)

Si sigue recibiendo calor el estado liquido, aumentará su temperatura y por consiguiente también aumentara la energía cinética (velocidad) de sus moléculas. Las que se encuentren cerca de la superficie podrán escaparse del estado líquido con más facilidad y se producirá evaporación, pero aún la masa ayudada por la atmósfera que ejerce presión (comprime) y no permite al pasaje al estado gaseoso, seguirá reteniendo al resto de las moléculas y aumentando su temperatura.

 En un determinado instante, el aumento de la cantidad de calor  hará que, las moléculas de esa masa liquida tengan suficiente energía como para superar la presión atmosférica que las retiene y todo el sistema adquiere capacidad de cambiar de estado. Se observará un borboteo que indica que se alcanzó la temperatura del punto de ebullición y que todas las moléculas están en condiciones de pasar al estado gaseoso. Este punto también es un identificador de cada sustancia. No existen dos sustancias en la naturaleza que posean la misma temperatura de ebullición.

Mientras la sustancia cambia de estado, el calor recibido lo utiliza para efectuar el cambio y no para aumentar su temperatura. Hasta que toda la masa líquida se consuma la temperatura permanece constante.

La vuelta: Cuando la temperatura decrece…

Pensemos en un gas con sus moléculas libres, con mucha energía de movimiento. Cuando baja la temperatura, la sustancia pierde calor y en consecuencia  las moléculas se moverán más lentamente, lo que facilitará la asimetría de la nube de electrones que rodea a los núcleos atómicos.  Se   forman dipolos transitorios que facilitan el acercamiento por atracción molécula a molécula. Cuando se acercan lo suficiente pegándose entre sí alcanzan la temperatura del  punto de condensación, pasando así del estado gaseoso al líquido, reduciendo su volumen y aumentando su densidad.

Este punto coincide con la  temperatura de ebullición (para agua pura será de 100 ºC). Si el calor sigue disminuyendo, la energía de movimiento será aún menor permitiendo que las  moléculas se ordenen en el espacio, ocupen lugares que les sean favorables energéticamente acorde a la geometría espacial. Se irá formando un cristal, en un determinado instante el liquido se solidifica, su  temperatura coincide con la del punto de fusión (0 ºC para el agua pura).

Los cambios de estado no sólo se inducen con un aumento o disminución de la temperatura sino que también se producen por una variación de presión.

La presión es una variable que al aumentar provoca el acercamiento molecular y obstaculiza el desprendimiento molecular de la masa de sustancia, en este caso se necesitará mayor  energía  para provocar el cambio entregando mayor cantidad de calor. La temperatura del punto de ebullición aumenta.

Cuando la presión disminuye permite el alejamiento molecular y facilita el desprendimiento de la masa de sustancia que retiene. Se necesita menor cantidad de energía para provocar el cambio. La temperatura del punto de ebullición disminuye.

Estas variables termodinámicas se utilizan frecuentemente en la industria para provocar cambios de estados y con ellos desprendimientos o absorciones  de calor que tienen prácticas aplicaciones tecnológicas.