Los cambios de estado y las partículas en movimiento

Ideas clave

• Toda la materia está formada por partículas tan pequeñas que no se ven ni con lupa, pero nunca están quietas. Lo único que cambia entre un sólido, un líquido y un gas es cómo están ubicadas y cuánto se mueven.
• En un sólido, las partículas están muy juntas y ordenadas, y solo vibran en su lugar. Por eso un sólido tiene forma y volumen propios. En un líquido, las partículas están juntas pero desordenadas y se deslizan unas sobre otras. Por eso el líquido toma la forma del recipiente, pero mantiene su volumen.
• En un gas, las partículas están muy separadas y se mueven rápido en todas direcciones. Por eso el gas ocupa todo el espacio disponible y no tiene forma ni volumen propios. Entre las partículas hay espacios vacíos, y son más grandes en los gases.
• El calor es energía que pasa de un cuerpo más caliente a uno más frío. Al calentar una sustancia, sus partículas reciben energía y se mueven más rápido. Al enfriarla, pierden energía y se mueven más lento. Los cambios de estado ocurren cuando el movimiento aumenta o disminuye lo suficiente como para que las partículas cambien de ordenamiento.
• Cuando un sólido se calienta, sus partículas vibran más y se sueltan: pasa a líquido y eso se llama fusión. Cuando un líquido se enfría y sus partículas se ordenan, pasa a sólido y se llama solidificación. Para el agua, la fusión y la solidificación ocurren a 0 °C.
• De líquido a gas hay dos formas. La evaporación ocurre solo en la superficie, a cualquier temperatura, y es lenta: así se seca la ropa o un charco. La ebullición ocurre en todo el líquido, con burbujas, a una temperatura precisa: el agua hierve a 100 °C al nivel del mar. En lugares altos, como en la cordillera, el aire aprieta menos sobre el agua (hay menos presión) y por eso hierve antes, a menos de 100 °C.
• De gas a líquido se llama condensación: las partículas pierden energía y se juntan. Por eso el vapor de agua forma gotas en un vaso frío o en un vidrio empañado. Pruébalo: deja un vaso con agua y hielo sobre la mesa unos minutos y mira las gotas que aparecen por fuera; son el vapor del aire que se condensa al tocar el vidrio frío. La sublimación es el paso directo de sólido a gas, sin pasar por líquido, como lo hace el hielo seco (dióxido de carbono sólido). También existe el camino de vuelta, de gas directo a sólido: así se forma la escarcha en una mañana muy fría.
• Durante un cambio de estado la sustancia sigue siendo la misma: el agua líquida, el hielo y el vapor son todos agua. Las partículas no se derriten, no se hacen más grandes y no cambian: solo cambian su ordenamiento y su movimiento. Mientras dura el cambio, la temperatura no sube aunque se siga entregando calor: ese calor se usa en soltar o separar las partículas, no en hacerlas ir más rápido. Por eso un vaso con hielo y agua se queda en 0 °C hasta que se derrite todo el hielo.

Reglas y fórmulas

Ejemplos resueltos