Relaciones estado-energía

La sensación de caliente o frío suministrada por nuestros sentidos nos permite conocer aproximadamente el grado o nivel térmico de la materia, que se designa como temperatura.

Cuando un cuerpo está más caliente que otro, se dice que está a más temperatura. Al poner en contacto dos cuerpos a temperaturas diferentes, la experiencia nos demuestra que, después de un breve espacio de tiempo, se establece un equilibrio térmico en el que los dos cuerpos adquieren la misma temperatura.

En este proceso, parece que algo pasa del cuerpo caliente al cuerpo frío. Es lo que llamamos calor. El calor es una de las formas de energía.

El calor, además de producir dilataciones en los cuerpos, produce los siguientes cambios de estado:

– FUSIÓN: Sólido + Calor = Líquido.
– SOLIDIFACION: Líquido – Calor = Sólido.
– VAPORIZACIÓN: Líquido + Calor = Gas.
– LICUEFACCIÓN: Gas – Calor = Líquido.
– SUBLIMACIÓN: Sólido a Gas (directamente).
– CRISTALIZACIÓN: Gas a sólido (directamente).

Como se ve, los cambios de estado se pueden producir por absorción de calor o por enfriamiento o desprendimiento de calor del cuerpo.

– FUSIÓN. Es el paso de un cuerpo en estado sólido a líquido por adición de calor. Por ejemplo, el hielo cuando se funde al calentarlo.

La fusión tiene unas leyes que se enumeran así:

1. Cada cuerpo funde a una temperatura fija y determinada que se llama temperatura de fusión.

2. Mientras dura la fusión de un cuerpo, la temperatura permanece constante. La mayor parte de los cuerpos pasan directamente del estado sólido al líquido, pero hay algunos que, antes de pasar a líquidos, se reblandecen formando una masa pastosa. Esta forma de fusión se llama vítrea (ejemplo típico es el caso del vidrio, de la parafina).

Hay también cuerpos que son infusibles y que empiezan a arder antes de alcanzar el punto (temperatura) de fusión.

– SOLIDIFICACIÓN.
Es el caso inverso de la fusión, es decir, la conversión de un cuerpo líquido en sólido quitando calor. Las leyes que rigen para la fusión son también válidas para la solidificación (cada cuerpo solidifica a una determinada temperatura de solidificación y mientras dura la solidificación, la temperatura permanece constante).

Por regla general, los líquidos sufren una contracción de volumen al solidificarse ya que las moléculas se unen con más fuerza.

Esta generalidad se rompe en el caso de agua, pues al solidificarse, su volumen aumenta aproximadamente 1/10 de su volumen inicial.

– VAPORIZACIÓN. Es el paso de un cuerpo del estado líquido al de gas por medio de una absorción de calor.

La vaporización de los líquidos en la atmósfera puede realizarse de dos maneras diferentes: por evaporación y por ebullición.

La evaporación es una vaporización lenta que sólo se realiza en la superficie del líquido. Es la causa, por ejemplo, de que una cierta cantidad de alcohol desaparezca un tiempo después de haberlo dejado en una bandeja.

La evaporación sigue las siguientes leyes:

1. Es tanto mayor cuanto mayor sea la superficie del líquido en contacto con la atmósfera.
2. Es más rápida al aumentar la temperatura.
3. Disminuye al aumentar la presión.
4. El viento favorece la evaporación. La ebullición es una vaporización que se realiza tumultuosamente en toda la masa del líquido.

Por ejemplo, al calentar agua en un recipiente vemos que, al principio, empieza a burbujear la masa más próxima a la base del foco de calor.

Al poco tiempo, burbujea toda la masa y con un termómetro podemos comprobar que todo el líquido está a
100ºC. Esa es la temperatura de ebullición. La ebullición cumple las siguientes leyes:

1. Cada líquido hierve a una temperatura determinada.
2. Durante la ebullición, la temperatura permanece constante.
3. La temperatura de ebullición aumenta con la presión.

– LICUEFACCIÓN.
Es la transformación de una sustancia al estado líquido desde el estado sólido
(suele llamarse fusión y necesita, por lo general, altas temperaturas) o al estado gaseoso (por enfriamiento).

– SUBLIMACIÓN.

Es el paso de un sólido a gas sin pasar por el estado intermedio.

Por ejemplo, la naftalina, el alcanfor y el yodo, van mermando poco a poco si se dejan a la temperatura ambiente. Es porque se subliman.

Fuente: Manual S.E.P.E.I. de Bomberos, Publicaciones de la Diputación de Albacete