Fundamentos de las Propiedades Físicas y Transiciones de Fase en Materiales

Fenómenos Térmicos y Transiciones de Fase

Fusión y Punto de Fusión

A una determinada temperatura, llega un punto en el que la magnitud de las vibraciones es tal que la estructura del material no se puede mantener y se produce su fusión. La temperatura a la que esto sucede recibe el nombre de temperatura de fusión, la cual varía ligeramente con la presión. La temperatura de fusión a presión normal se conoce como punto de fusión. Ésta es una propiedad característica de cada sustancia y sirve en muchas ocasiones para identificarla.

En casi todas las sustancias, salvo unas pocas excepciones, la fusión va acompañada de un aumento de volumen. El punto de fusión de un sólido será tanto mayor cuanto mayores sean las fuerzas que mantienen unidas a sus partículas constituyentes. Según esto, los sólidos con puntos de fusión mayores se clasifican en el siguiente orden decreciente:

1. Sólidos con enlaces covalentes atómicos.
2. Compuestos iónicos.
3. Compuestos metálicos.
4. Compuestos covalentes moleculares.

Calor Latente de Fusión y Solidificación

Si no se modifica la presión, mientras dura la fusión de una sustancia, la temperatura permanece constante. Esto se debe a que toda la energía suministrada en forma de calor se invierte en romper la estructura interna del sólido.

• Al calor que es preciso comunicar a la unidad de masa de una sustancia que se encuentra a la temperatura de fusión para que se produzca el paso del estado sólido al líquido se denomina calor latente de fusión.
• Por el contrario, el calor que la unidad de masa de una sustancia desprende al pasar del estado líquido al sólido se denomina calor latente de solidificación.

Estos calores latentes de fusión y solidificación se expresaban tradicionalmente en $cal/g$; sin embargo, recientemente se ha acordado hacerlo en $J/mol$ o en $kJ/mol$.

Difusión en Sólidos

La agitación térmica de los átomos en un sólido puede provocar desplazamientos de los mismos desde su posición de equilibrio hasta otras posiciones próximas. Este tipo de movimientos se designa con el nombre de difusión.

Si en un sólido existe una zona perfectamente delimitada en la que únicamente se encuentren presentes átomos de impurezas, estos, con el paso del tiempo, se reparten por igual en todo el volumen del sólido. La difusión se produce más fácilmente al aumentar la temperatura, pues este hecho da lugar a un incremento de la agitación térmica de los átomos constituyentes del material.

Conductividad Térmica

La transmisión del calor por conducción se verifica a través de los cuerpos desde los puntos de mayor a los de menor temperatura, y se debe a los choques de los átomos y de las partículas subatómicas entre sí.

La conductividad térmica depende fundamentalmente de:

• La naturaleza de los cuerpos.
• La fase en la que se encuentran.
• La composición.
• La temperatura.

Propiedades Magnéticas de los Materiales

Teniendo en cuenta su comportamiento frente a un campo magnético exterior, los materiales se pueden clasificar en tres grupos diferentes:

Materiales Diamagnéticos

Se oponen al campo magnético aplicado, de tal forma que en su interior el campo magnético es más débil. Son ejemplos de materiales diamagnéticos: bismuto, mercurio, oro, plata, cobre, sodio, etc.

Materiales Paramagnéticos

El campo magnético en su interior es algo mayor que el aplicado. Ejemplos de materiales paramagnéticos son el aluminio, magnesio, platino, paladio, etc.

Materiales Ferromagnéticos

En su interior el campo magnético es mucho mayor que en el exterior. Estos materiales se utilizan como núcleos magnéticos en transformadores y bobinas en circuitos eléctricos y electrónicos. Los más importantes son el hierro, el cobalto, el níquel y sus aleaciones, así como los óxidos de hierro conocidos frecuentemente como ferritas y utilizados en circuitos electrónicos.

Propiedades Ópticas

Al incidir la luz sobre la superficie de un cuerpo, la energía lumínica interactúa de varias maneras:

1. Una parte de ella se refleja.
2. Parte se transmite a través del cuerpo.
3. Otra parte se difunde, es decir, sufre una reflexión no especular en múltiples direcciones.
4. Por último, la luz restante la absorbe el cuerpo, aumentando su energía interna.

El color que presenta un cuerpo se debe precisamente a la luz reflejada (si el cuerpo es opaco) o a la que pasa a través de él (si es transparente o translúcido).

Clasificación Óptica de los Cuerpos

Cuando la luz incide sobre los cuerpos, estos se pueden comportar de tres maneras distintas:

• Los cuerpos opacos absorben o reflejan totalmente la luz, impidiendo que pase a su través.
• Los cuerpos transparentes transmiten la luz, por lo que permiten ver a través de ellos.
• Por último, el tipo de cuerpos denominados translúcidos dificultan