Cambios de estado de la materia
¿Qué son los cambios de estado?
Un cambio de estado, también llamado transición de fase, es una transformación física mediante la cual una sustancia pasa de un estado de agregación a otro. Por ejemplo, un sólido puede convertirse en líquido, un líquido puede transformarse en gas y un gas puede volver a convertirse en líquido o en sólido.
Estos cambios se producen cuando varían la temperatura o la presión del entorno. Al cambiar estas condiciones, también cambia la forma en que las moléculas interactúan entre sí. Como resultado, la materia puede adoptar diferentes estados físicos. A continuación veremos las principales transiciones de fase.
Fusión
La fusión es el cambio de estado por el que una sustancia pasa del estado sólido al estado líquido. Es lo que ocurre, por ejemplo, cuando el hielo se derrite y se transforma en agua.
Cada sustancia tiene una temperatura específica a la que se produce este proceso. Esta temperatura recibe el nombre de punto de fusión.
Sin embargo, el punto de fusión no depende únicamente de la sustancia, sino también de la presión a la que se encuentra sometida.
En la mayoría de los materiales, el punto de fusión aumenta cuando la presión se incrementa. El agua constituye una excepción bien conocida.
Ejemplo. Cuando aumenta la presión, el punto de fusión del hielo disminuye ligeramente. La mayoría de las sustancias se comporta de forma opuesta. Por ejemplo, numerosos metales presentan puntos de fusión más elevados a medida que aumenta la presión.
Solidificación
La solidificación es el proceso inverso a la fusión. En este caso, una sustancia pasa del estado líquido al estado sólido.
Cada sustancia posee un punto de solidificación característico para una presión determinada.
Nota. El punto de solidificación coincide con el punto de fusión. Ambos representan la temperatura a la que las fases sólida y líquida se encuentran en equilibrio.
Licuefacción
La licuefacción es la transición por la que una sustancia pasa del estado gaseoso al estado líquido.
Este cambio puede lograrse enfriando el gas, aumentando la presión o combinando ambos procesos.
Cada gas posee una temperatura de licuefacción característica.
La presión desempeña un papel fundamental en este fenómeno. En general, cuanto mayor es la presión, más fácil resulta transformar un gas en líquido.
Nota. En la industria, muchos gases se licúan aumentando su presión dentro de recipientes cerrados. Este procedimiento facilita considerablemente el paso al estado líquido.
Condensación
La condensación es la transición mediante la cual un vapor se transforma en líquido.
Aunque está estrechamente relacionada con la licuefacción, este término suele utilizarse cuando se habla de vapores, especialmente del vapor de agua.
Ejemplo. En las nubes, el vapor de agua se condensa formando diminutas gotas líquidas cuando el aire se enfría. El mismo fenómeno puede observarse cuando el aire cálido y húmedo de una habitación entra en contacto con una ventana fría. Al enfriarse, el vapor se transforma en pequeñas gotas de agua sobre el cristal.
Ebullición
La ebullición es el cambio de estado por el que un líquido se transforma en vapor en toda su masa.
A diferencia de la evaporación, este proceso no ocurre únicamente en la superficie, sino en todo el volumen del líquido.
Cada sustancia posee un punto de ebullición característico para una presión determinada.
El punto de ebullición aumenta cuando la presión se incrementa y disminuye cuando esta se reduce. Por ello, el agua hierve a temperaturas más bajas en las zonas de gran altitud, donde la presión atmosférica es menor.
Evaporación
La evaporación es el paso del estado líquido al estado de vapor que ocurre únicamente en la superficie de un líquido.
A diferencia de la ebullición, puede producirse a cualquier temperatura. No obstante, su velocidad depende de factores como la temperatura, la presión, la humedad del aire y la circulación atmosférica.
Ejemplo. El agua de los océanos se evapora continuamente desde su superficie. El proceso se acelera durante las horas más cálidas del día, cuando un mayor número de moléculas dispone de la energía necesaria para escapar hacia la atmósfera.
Sublimación
La sublimación es la transición directa del estado sólido al estado gaseoso.
En este proceso no existe una fase líquida intermedia, por lo que se considera un cambio de estado directo.
Nota. El proceso inverso, en el que una sustancia pasa directamente del estado gaseoso al estado sólido, recibe el nombre de deposición. En la literatura científica también puede encontrarse como resublimación o sublimación inversa.
¿Por qué la presión influye en los cambios de estado?
La presión desempeña un papel clave en las transiciones de fase porque afecta directamente a la separación entre las moléculas.
Cuando la presión aumenta, las moléculas se ven forzadas a acercarse unas a otras. Como consecuencia, suelen verse favorecidos los estados más densos de la materia, como los líquidos frente a los gases o los sólidos frente a los líquidos.
Por esta razón, un aumento de la presión facilita normalmente la licuefacción de un gas o la solidificación de un líquido. La proximidad molecular intensifica las fuerzas intermoleculares y favorece la formación de estructuras más compactas.
Por el contrario, cuando la presión disminuye, los estados menos densos resultan más favorables. En estas condiciones, procesos como la evaporación ocurren con mayor facilidad, ya que las moléculas pueden separarse entre sí con menos resistencia.
