4.1 Marco Teórico

Icono IDevice 4.1.1 Introducción

Los cambios de estado de la materia se dan permanentemente en la naturaleza, como es en el ciclo del agua. También se dan en nuestra vida cotidina como ser: cuando agregamos hielo a una bebida, cuando las azulejos del baño se mojan cuando nos bañamos con agua caliente, cuando ponemos en el freezer de la heladera las cubeteras con agua para tener hielo, en fin, muchísimas situaciones más.

Podemos vivenciar estos cambios interactuando con la siguiente aplicación multimedial

 


Icono IDevice 4.1.2 Clasificación

Para que se produzca un cambio de estado de la materia se necesita un intercambio de energía con el medio ambiente. Estos cambios se producen a una determinada temperatura y presión.

Habíamos visto, desde el "Modelo Cinético - Molecular", que a medida que entregábamos energía calórica, aumentaba la temperatura, aumentaba la energía cinética, y por ende, aumentaba el movimiento y el desorden molecular por disminución de las fuerzas de atracción, lo que provocaba el cambio del estado sólido hasta el estado gaseoso, pasando por el líquido. Por lo contrario, cuando el cuerpo cedía energía calórica, disminuían la temperatura, la energía cinética, por ende, el movimiento de las moléculas y también se va a ir produciendo un mayor orden molecular.

Teniendo en cuenta el análisis anterior los cambios de estado de la materia se clasifican según la variación de enrgía calórica:

A. Cambios progresivos: Se dan cuando el sistema material absorbe energía calórica del medio que lo rodea.
B. Cambios regresivos: Se dan cuando el sistema material cede energía calórica al medio que lo rodea.

En base a esta clasificación se dan los diferentes pasajes de estado de la materia como se muestra en la siguiente imagen:

 

Cuando un cuerpo absorbe o cede calor se dan los cambios que se muestran en la siguiente imagen:

 


Icono IDevice 4.1.3 Los cambios de estado progresivos

A. Pasaje del estado sólido al líquido.

El sólido al absorber calor provoca el aumento de movilidad molecular. La arquitectura molecular del sólido se desmorona haciendo que cada molécula se desplace una sobre la otra pasando al estado líquido.

A este cambio de estado se lo denomina Fusióny a la temperatura que se produce Punto de fusión”. Para el caso del agua sólida (hielo) que pasa a agua líquida la temperatura de fusión es de 0ºC.

Es importante destacar que mientras se produce el cambio de estado sólido al líquido la temperatura de fusión no varía mientras haya sólido sin fusionar, es decir, hay un equilibrio entre la energia calórica ganada y perdida por el hielo y el calor se mantiene constante. A este fenómeno se denomina “Calor latente de Fusión”.

C. Pasaje del estado Líquido al gaseoso.

Este cambio de estado es común en nuestra vida diaria. Por ejemplo, cuando se evaporan los charcos de agua después que llueve, cuando esperamos el hervor del agua para comer unas ricas pastas.

Este cambio de estado en donde al cederle calor al líquido, aumenta su energía calórica transformándola en un aumento de la energía cinética, de esa forma, se adquiere una enorme movilidad molecular, permite el pasaje al estado gaseoso.

A este cambio de estado se lo denomina Ebullicióny a la temperatura que se produce Punto de Ebullición”. Para el caso del agua Líquida que pasa a agua gaseosa o vapor de agua la temperatura de ebullición es de 100ºC.

Es importante destacar que mientras se produce el cambio de estado Líquido al Gaseoso la temperatura de ebullición no varía mientras haya líquido sin evaporar, es decir, hay un equilibrio entre la energia calórica ganada y perdida por el hielo y el calor se mantiene constante. A este fenómeno se denomina “Calor latente de Ebullición”.

Este cambio, a diferencia de los anteriores, puede recibir dos nombres:

· La evaporización.

· La ebullición.

La evaporización” se da en la superficie del líquido, cuando las moléculas que se encuentran en ella adquieren suficiente energía calórica del medio, la transforma en energía cinética, al adquirir mayor movimiento las moléculas abandonan la superficie del líquido para pasar al estado gaseoso. El pasaje de toda la masa liquída a vapor se da con mayor lentitud que en la ebullición.

El siguiente video muestra el estado molecular del líquido, en él se observa cómo las moléculas de la superficie al absorber energía calórica del medio ambiente alcanzan la energía cinética necesaria para escaparse y pasar al estado gaseoso por evaporización.

 

Por otro lado, la ebullición se da en toda la masa del líquido, todas las moléculas del líquido adquieren la misma cantidad de energía calórica y por lo tanto todas tendrán suficiente energía cinética para abandonar el estado líquido y pasar al gaseoso. El pasaje del estado líquido al sólido se da con más Rapidez.

 

En la siguiente gráfica se muestra cómo varía la temperatura en función del tiempo transcurrido al calentar hielo de agua hasta convertirlo en vapor de agua.

Observen que cuando se produce el cambio de estado en los puntos de fusión y ebullición la temperatura permanece constante, no cambia.

 

B. Pasaje de estado sólido al gaseoso.

Hay determinados materiales que al absorber calor de una fuente energética o simplemente del medio ambiente, sus moléculas adquieren suficiente energía cinética (movimiento) para pasar directamente al estado gaseoso. A este cambio de estado se lo denomina “Sublimación”. Por lo tanto la temperatura en que se produce se llamara “Punto de sublimación”.

Un ejemplo práctico es el caso de la naftalina, que comúnmente se usa como anti-polillas para la ropa. La misma sublima a temperatura ambiente, lo que hace que se sienta el olor característico de la naftalina.

Aquí dejo dos videos donde se pone en evidencia, mediante una experiencia, la sublimación de la naftalina.

 


 


Los cambios de estado progresivos en función del tiempo

En la siguiente simulación, al pulsar el botón, se prende el mechero que va a calentar el vaso de precipitado que contiene hielo o agua sólida.

Observa con atención como se comporta la temperatura al transcurrir el tiempo cuando se va produciendo el cambio de estado "sólido -líquido"  y " Líquido - Gaseoso".

 

En la siguiente gráfica se muestra cómo varía la temperatura en función del tiempo transcurrido al calentar hielo de agua hasta convertirlo en vapor de agua. Es importante observar que, en los puntos de fusión y ebullición del agua, la temperatura se mantiene invariable, dado que se está dando el cambio de estado correspondiente.


 

Icono IDevice 4.1.4 Los Cambios de Estado Regresivos

A. Pasaje del estado gaseoso a líquido.

Se puede dar de 2 formas diferentes, por:

  1. Condensación: Se produce cuando un gas al encontrar un medio mas frío, con menor temperatura, cede calor, disminuye su energía cinética, se estrechan los espacios intermoleculares, y de esa forma pasa al estado líquido.
  2. Licuación: Se produce cuando un gas es sometido a altas presiones o a muy bajas temperaturas. Estas dos situaciones provocan que los espacios intermoleculares disminuyan, lo que hace que haya un mayor número de choques entre las moléculas, que se traduce en un aumento de la temperatura. Como ejemplo, este cambio de estado se observa en el caso de la garrafa de gas envasado, el nitrógeno líquido, los aerosoles, etc. En los aerosoles, al agitarlos con mucha energía, se siente el aumento de temperatura.

En la siguiente infografía interactiva sobre la extracción, transporte y distribución de gas natural, se aprecian los cambios de estado gaseoso a líquido y viceversa, utilizando variaciones bruscas de temperatura.

B. Pasaje del estado gaseoso a sólido.

A este pasaje se lo denomina "sublimación inversa o regresiva" a diferencia de la "sublimación progresiva", ésta se produce por una disminución importante de la temperatura que hace que las móléculas muy móviles de un gas pasen abruptamente a quedar con muy poca movilidad, moviendose "in situ", pasando al estado sólido. Es el caso de los vapores de la naftalina cuando se los hace chocar en una superficie a muy baja temperatura.

B. Pasaje del estado Líquido a sólido.

 

Las moléculas del líquido que se desplazan una sobre las otras, dejan de hacerlo, cuando ceden calor y baja su temperatura, pasando de esta manera al estado sólido, donde las moléculas quedan moviendose en su lugar.

 

 

 

 

 


Icono IDevice 4.1.5 A modo de síntesis ...

A modo de síntesis, te dejo la siguiente infografía interactiva que relaciona los temas que se fueron desarrollando hasta el momento.

Recomiendo que interactúen con la aplicación en el orden establecido. Es muy importante que realicen la actividad propuesta en el apartado leyes de cambios.