Comportamiento de la Materia: Gráficas Térmicas, Difusión y Cambios de Estado

Interpretación de las gráficas de calentamiento y enfriamiento

Por el agua

Una sustancia se encuentra en estado sólido cuando la calentamos desde el punto A hasta el B (punto de fusión). Sigue estando en estado sólido entre los puntos A y B. Al llegar al punto C, no le aportamos más calor y se va fundiendo; es decir, el sólido se ha convertido en líquido. La temperatura sube del punto C al D y se mantiene en estado líquido. En el punto D pasa al E, y desde el punto E hasta el F va aumentando la temperatura en estado gaseoso.

Por dos sustancias

Cuando calentamos, estamos aportando energía. Esta energía absorbida es la energía cinética de las partículas, con lo que estas pasan a moverse más rápido. Al aumentar la energía, aumenta la temperatura. Cuando alcanzamos la temperatura de fusión, la vibración es tan violenta que las partículas poseen una energía cinética tal que consiguen romper los enlaces y escapar de los puntos en los que están fijas.

Por otro lado, cuando estamos enfriando (quitar energía), disminuye la temperatura y aumenta la atracción; su velocidad baja y se forman enlaces, pasando de estado gaseoso a líquido. En estado líquido, cuando vamos enfriando, la temperatura no cambia mientras se quita energía porque las partículas no se enfrían individualmente, sino que surgen nuevos enlaces y nuevas formas de atracción más fuertes y de largo alcance para ordenar a la sustancia en una red cristalina.

Problemas precursores de la teoría cinética de los sólidos

• Movimiento de los granos de polen (movimiento browniano): Los granos de polen están desordenados en estado líquido. Debido a su pequeño tamaño, se comportan como las partículas; estas, al estar rodeadas por las partículas del líquido, reciben golpes y colisiones constantemente. Esto cambia la dirección del movimiento del grano de polen, lo que hace que se muevan de la forma desordenada que muestra el dibujo.
• Disolución de los sólidos: Una condición imprescindible para que un sólido se pueda disolver en un líquido es que la naturaleza de las fuerzas entre las partículas del líquido y las partículas del sólido sea la misma.
• La difusión de los líquidos: Cuando juntamos partículas de agua con unas gotitas de leche (o de cualquier otra sustancia), estas chocan unas con otras constantemente. Esos choques producen que se mezclen un líquido con otro.
• Difusión de partículas de un sólido en un gas: Las partículas de sólido chocan con las del estado gaseoso; esos choques producen que se dispersen por todo el espacio que haya disponible.
• Otros casos de difusión: La agitación térmica mueve de forma desordenada las partículas, que chocan en todas las direcciones con el otro tipo de partículas, lo que ayuda a distribuirlas de forma homogénea.
  • Difusión de un perfume o un aroma: Cuando aplicamos un producto con olor en una habitación, no tarda en extenderse por todos lados y huele igual en todos los puntos.
  • Difusión de un gas dentro de otro: Cuando se libera un gas en una esquina, se extiende por toda la habitación (por ejemplo, una flatulencia). Todas las partículas se mueven en todas direcciones y se van extendiendo por todo el espacio.

Evaporación y ebullición

En cuanto a las partículas de un líquido, una partícula que esté en el interior está rodeada por partículas próximas. Sin embargo, una partícula en la superficie tiene la mitad de vecinos, lo que significa que forma la mitad de enlaces. Por lo tanto, una partícula de la superficie del líquido está atraída de forma más débil, permitiéndole escapar más fácilmente y pasar a estado gaseoso.

Las diferencias entre los procesos de evaporación y ebullición son:

1. La evaporación es un proceso superficial (solo ocurre en la superficie), mientras que la ebullición se produce en todo el volumen del líquido.
2. La evaporación ocurre a cualquier temperatura (el agua se puede evaporar incluso a 1 ºC), aunque el proceso es más intenso cuando la temperatura es mayor. Por el contrario, la ebullición solo ocurre al alcanzar la temperatura de ebullición específica.

Dilatación

La dilatación aumenta el volumen de los sólidos y los líquidos cuando se les calienta. Al calentar un sólido, sus partículas se mueven más deprisa, lo que provoca que la distancia entre ellas aumente. Este fenómeno a nivel microscópico se refleja macroscópicamente como un aumento del volumen del cuerpo.