Cambios de estado de la materia

Los cambios de estado son procesos físicos en los que una sustancia pasa de sólido a líquido, de líquido a gas, etc. Hay intercambio de energía, pero no cambia la composición química.

Tipos de cambios de estado

1. Fusión

Sólido → Líquido

  • La sustancia absorbe energía.
  • Ocurre en el punto de fusión.
  • Ejemplos: hielo que se derrite, chocolate fundido.

2. Solidificación

Líquido → Sólido

  • La sustancia libera energía.
  • Ocurre en el punto de congelación o solidificación.
  • Ejemplos: agua que se convierte en hielo, metal fundido que se endurece.

3. Evaporación

Líquido → Gas

  • Es un proceso endotérmico: necesita aporte de energía.
  • La evaporación ocurre en la superficie y puede darse a cualquier temperatura.
  • La ebullición ocurre en todo el líquido al llegar al punto de ebullición.
  • Ejemplos: un charco que se seca, vapor al hervir agua.
State changes
Por qué el agua se evapora a temperatura ambiente

La distribución de Maxwell-Boltzmann explica que no todas las partículas de un líquido tienen la misma energía cinética. Maxwell-Boltzmann distribution

  • Algunas partículas tienen energía suficiente para escapar de la superficie.
  • Cuanto mayor es la temperatura, más partículas alcanzan esa energía.
  • Al escapar las más energéticas, el líquido restante se enfría.
Factores que aumentan la evaporación
  • Temperatura alta.
  • Baja humedad.
  • Mayor superficie expuesta.
  • Movimiento del aire o viento.
  • Presión atmosférica más baja.
Ejemplo: por qué la ropa se seca antes en un día soleado y con viento

El calor aumenta la energía de las moléculas, el viento retira el vapor de agua cercano a la tela y el aire seco admite más vapor. Por eso la evaporación ocurre más rápido.

4. Condensación

Gas → Líquido

  • El gas pierde energía.
  • Es un proceso exotérmico.
  • Ejemplos: gotas en un vaso frío, formación de rocío.

5. Sublimación

Sólido → Gas

  • Ocurre sin pasar por el estado líquido.
  • Requiere absorción de energía.
  • Ejemplos: hielo seco, naftalina, liofilización.
La sublimación del yodo es un mito

Debido a su almacenamiento y temperaturas adecuadas para el uso en un laboratorio el yodo se usa como ejemplo clásico de sublimación. Sin embargo, en condiciones normales el yodo se funde a 113 °C antes de evaporarse, por lo que no se sublima directamente a temperatura ambiente. La sublimación del yodo es un proceso que ocurre a temperaturas elevadas, no a temperatura ambiente como se suele afirmar.

6. Deposición o sublimación inversa

Gas → Sólido

  • Ocurre sin pasar por el estado líquido.
  • Libera energía.
  • Ejemplos: escarcha, formación de copos de nieve.

Energía y cambios de estado

Curvas de calentamiento y enfriamiento

Estas curvas muestran cómo cambia la temperatura cuando una sustancia se calienta o se enfría.

Demostración de curva de calentamiento y enfriamiento
  • Los tramos inclinados indican cambio de temperatura dentro del mismo estado.
  • Los tramos horizontales indican cambio de estado a temperatura constante.
  • El calor latente de fusión interviene en fusión y solidificación.
  • El calor latente de vaporización interviene en vaporización y condensación.

Factores que influyen en los cambios de estado

  • Temperatura: al aumentar, se favorecen los estados menos ordenados.
  • Presión: modifica sobre todo los puntos de ebullición y fusión.
  • Superficie y aire: más superficie y más ventilación aceleran la evaporación.

Aplicaciones en la vida real

  • Refrigeradores y aire acondicionado: usan ciclos de evaporación y condensación.
  • Sudoración: enfría el cuerpo gracias a la evaporación.
  • Destilación: separa líquidos por sus distintos puntos de ebullición.
  • Liofilización: conserva alimentos mediante sublimación.
  • Meteorología: lluvia, niebla, nieve y escarcha dependen de estos cambios de estado.
¿Cómo se evaporarn los charcos?

1. ¿Qué cambios de estado requieren aporte de energía (endotérmicos)? (Selecciona todas las que correspondan) (1 puntos)

2. ¿Qué cambios de estado liberan energía (exotérmicos)? (Selecciona todas las que correspondan) (1 puntos)

3. ¿Qué proceso es la transición directa de sólido a gas? (1 puntos)

4. ¿Cuál es el proceso inverso de la sublimación? (1 puntos)

5. Identificación de cambios de estado: (12 puntos)

a ) Sólido → Líquido: ?

b ) Líquido → Sólido: ?

c ) Líquido → Gas: ?

d ) Gas → Líquido: ?

e ) Sólido → Gas (directo): ?

f ) Gas → Sólido (directo): ?

g ) El derretimiento del hielo requiere energía: ¿endotérmico o exotérmico?

h ) La condensación de vapor libera energía: ¿endotérmica o exotérmica?

i ) Cambio de hielo seco a gas: ?

j ) Vapor de agua formando escarcha: ?

k ) Agua hirviendo a 100°C: ?

l ) Endurecimiento de la cera de vela: ?

6. ¿Qué pasa con la temperatura durante un cambio de fase? (1 puntos)

7. ¿Qué factores aumentan la tasa de evaporación? (Selecciona todas las que corresponden) (1 puntos)

8. ¿Por qué la sudoración enfría el cuerpo? (1 puntos)

9. ¿Qué tipo de cambio de fase sufre el hielo seco? (1 puntos)