Ejemplo con un alumno inventado: tu actividad se guarda solo en este navegador. Salir del ejemplo

← U2 · Los gases y la teoría cinético-molecular

Física y Química 3.º ESO · Los cambios de estado según la teoría cinética

Recuerda: los cambios de estado

Objetivo: Al terminar, sabrás nombrar los seis cambios de estado, distinguir los que necesitan calentar de los que necesitan enfriar y reconocerlos en situaciones de la vida diaria.

Recuerda

Los cambios de estado

Un cambio de estado es el paso de una sustancia de un estado de agregación a otro. Es un cambio físico: la sustancia sigue siendo la misma (el hielo, el agua líquida y el vapor son todos agua) y la masa no cambia.

Cambio	De…	A…	¿Hay que calentar o enfriar?
Fusión	sólido	líquido	Calentar
Vaporización	líquido	gas	Calentar
Sublimación	sólido	gas	Calentar
Solidificación	líquido	sólido	Enfriar
Condensación	gas	líquido	Enfriar
Sublimación inversa (o regresiva)	gas	sólido	Enfriar

Los cambios que se producen al calentar (absorben energía) se llaman progresivos: fusión, vaporización y sublimación.
Los que se producen al enfriar (desprenden energía) se llaman regresivos: solidificación, condensación y sublimación inversa.
La vaporización puede ser de dos formas: evaporación (lenta, solo en la superficie) y ebullición (cuando el líquido hierve).
Cada cambio tiene su inverso: fusión ↔ solidificación; vaporización ↔ condensación; sublimación ↔ sublimación inversa.

Evaporación y ebullición

Las dos son vaporizaciones (paso de líquido a gas), pero no son iguales:

	Evaporación	Ebullición
¿A qué temperatura?	A cualquier temperatura	A una temperatura fija: la temperatura de ebullición
¿Dónde ocurre?	Solo en la superficie del líquido	En todo el líquido: se forman burbujas de vapor en su interior
¿Rápida o lenta?	Lenta	Rápida
Ejemplos	Un charco que se seca, la ropa tendida, el sudor	El agua que hierve en una olla

La evaporación es más rápida si la temperatura es más alta, si la superficie del líquido es mayor y si hay viento o el aire está seco. Además, la evaporación enfría: el líquido que se evapora se lleva energía. Por eso el sudor nos refresca y el agua de un botijo se mantiene fresca.

Los cambios de estado según la teoría cinético-molecular

Fusión: al calentar el sólido, sus partículas vibran cada vez más, hasta que se separan de sus posiciones fijas y empiezan a deslizarse: el sólido se convierte en líquido.
Vaporización: las partículas del líquido que se mueven más deprisa vencen la atracción de las demás y escapan: pasan a gas. En la ebullición, esto ocurre en todo el líquido.
Condensación y solidificación: al enfriar, las partículas se mueven más despacio; la atracción entre ellas las vuelve a juntar (gas → líquido) y después las coloca ordenadas en posiciones fijas (líquido → sólido).

En todos los casos las partículas son las mismas: no cambian de tamaño ni se convierten en otras. Solo cambian su movimiento y la distancia entre ellas.

Las temperaturas de los cambios de estado

Cada sustancia pura funde a una temperatura fija, su temperatura de fusión ( $T_f$ ), que es la misma a la que solidifica. Y hierve a su temperatura de ebullición ( $T_e$ ), que es la misma a la que condensa. Son propiedades características.
Mientras dura el cambio de estado, la temperatura de una sustancia pura no cambia, aunque sigamos calentando.
La temperatura de ebullición depende de la presión del aire: a nivel del mar el agua hierve a 100 °C; en Madrid, donde la presión es algo menor, a unos 98 °C; en lo alto de una montaña muy alta, a bastante menos. En una olla a presión la presión es mayor y el agua hierve por encima de 100 °C (a unos 120 °C), por eso cocina más rápido.

Puntos clave

Seis cambios: fusión, solidificación, vaporización, condensación, sublimación y sublimación inversa.
Progresivos (al calentar): fusión, vaporización, sublimación.
Regresivos (al enfriar): solidificación, condensación, sublimación inversa.
En un cambio de estado la sustancia y su masa no cambian: es un cambio físico.
La vaporización puede ser evaporación o ebullición.
Evaporación: a cualquier temperatura y solo en la superficie. Ebullición: a la temperatura de ebullición y en todo el líquido, con burbujas.
Cada sustancia pura funde y hierve a temperaturas fijas; durante el cambio de estado la temperatura no cambia.
La temperatura de ebullición depende de la presión: el agua hierve a 100 °C a nivel del mar y a unos 98 °C en Madrid.

Errores frecuentes

ErrorLlamar «sublimación» al paso de gas a sólido (por ejemplo, a la escarcha).
Cómo corregirloSublimación es de sólido a gas. El paso de gas a sólido es la sublimación inversa (o regresiva).
ErrorDecir que el agua de la ropa tendida «desaparece».
Cómo corregirloNo desaparece: se evapora y pasa al aire como vapor de agua, que no se ve. La masa de agua se conserva.
ErrorPensar que el vaho que sale de la boca en invierno o la «nube» de la olla son vapor de agua.
Cómo corregirloEl vapor de agua es invisible. Lo que se ve son gotitas de agua líquida: el vapor ya se ha condensado al enfriarse.
ErrorPensar que el agua solo se convierte en vapor cuando hierve (a 100 °C).
Cómo corregirloLa evaporación ocurre a cualquier temperatura, aunque más despacio: un charco se seca sin llegar a hervir.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Una mañana de invierno en la sierra situación real
Una mañana de enero en Navacerrada observamos: a) el parabrisas del coche está cubierto de escarcha (cristalitos de hielo que se han formado directamente a partir del vapor de agua del aire); b) al respirar sale «vaho»; c) al mediodía la nieve de la carretera empieza a convertirse en agua; d) por la tarde, al bajar la temperatura, los charcos se congelan. Nombra cada cambio de estado y di si es progresivo o regresivo.

Resolución
a) Vapor de agua (gas) → hielo (sólido): sublimación inversa. Regresivo (el vapor se enfría al tocar el cristal frío).

b) El vapor de agua del aliento (gas) se enfría y forma gotitas (líquido): condensación. Regresivo.

c) Nieve (sólido) → agua (líquido): fusión. Progresivo (la nieve se calienta con el sol).

d) Agua (líquido) → hielo (sólido): solidificación. Regresivo.
Ejemplo 2. Hielo seco en una fiesta experimental (observación)
El «hielo seco» es dióxido de carbono sólido, que está a unos −78 °C. Si se deja un trozo sobre la mesa, va desapareciendo sin dejar ningún charco y no moja nada. a) ¿Qué cambio de estado ocurre? b) ¿Dónde está el dióxido de carbono que «desaparece»? c) Se ve una niebla blanca alrededor: ¿qué es?

Resolución
a) Pasa directamente de sólido a gas sin pasar por líquido: sublimación (progresiva: se calienta con el aire de la habitación).

b) Está en el aire de la habitación como dióxido de carbono gaseoso, que es invisible. No desaparece: la masa se conserva.

c) La niebla no es el dióxido de carbono. El hielo seco enfría mucho el aire de alrededor y el vapor de agua del aire se condensa en gotitas diminutas: eso es lo que se ve.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Completa: a) De sólido a líquido se llama ___. b) De gas a líquido se llama ___. c) De sólido a gas se llama ___. d) El cambio inverso de la vaporización es la ___. e) El cambio inverso de la solidificación es la ___. f) Los tres cambios progresivos son ___.

Ver solución
a) fusión; b) condensación; c) sublimación; d) condensación; e) fusión; f) fusión, vaporización y sublimación.
Basta con mirar la tabla: cada cambio y su inverso forman pareja (fusión ↔ solidificación, vaporización ↔ condensación, sublimación ↔ sublimación inversa). Los progresivos son los que ocurren al calentar.
2. Fácil
Nombra el cambio de estado en cada situación: a) un cubito de hielo en un refresco; b) el espejo del baño se empaña al ducharte; c) la ropa tendida se seca; d) un ambientador sólido se va gastando; e) el chocolate fundido se endurece en la nevera; f) hierve el agua de la olla.

Ver solución
a) fusión; b) condensación; c) vaporización (evaporación); d) sublimación; e) solidificación; f) vaporización (ebullición).
a) Hielo (s) → agua (l): fusión. b) Vapor de agua (g) → gotitas en el espejo frío (l): condensación. c) Agua de la ropa (l) → vapor (g): vaporización, en forma de evaporación. d) Ambientador sólido → gas, sin mojar: sublimación. e) Chocolate líquido → sólido: solidificación. f) Agua líquida → vapor, en todo el líquido: vaporización, en forma de ebullición.
3. Media
Derretimos 50 g de hielo en un vaso tapado. a) ¿Qué masa de agua líquida obtenemos? b) ¿Es la misma sustancia? c) ¿Es un cambio físico o químico?

Ver solución
a) 50 g. b) Sí, sigue siendo agua. c) Físico.
En un cambio de estado la masa se conserva (el vaso está tapado, no se escapa nada): 50 g de hielo dan 50 g de agua líquida. La sustancia sigue siendo agua; solo cambia su estado. Por eso es un cambio físico.

Para practicar más

1. Fácil
Dibuja un triángulo con «sólido», «líquido» y «gas» en los vértices y añade las seis flechas con el nombre de cada cambio de estado. Colorea de rojo los progresivos y de azul los regresivos.

Ver solución
Rojo: fusión (s→l), vaporización (l→g), sublimación (s→g). Azul: solidificación (l→s), condensación (g→l), sublimación inversa (g→s).
Entre cada par de vértices van dos flechas opuestas: sólido ↔ líquido (fusión / solidificación), líquido ↔ gas (vaporización / condensación) y sólido ↔ gas (sublimación / sublimación inversa). Las que se dan al calentar son progresivas; las que se dan al enfriar, regresivas.
2. Fácil
Escribe un ejemplo de la vida diaria (distinto de los de clase) para cada uno de estos cambios: a) fusión; b) solidificación; c) condensación; d) evaporación.

Ver solución
Respuesta abierta. Por ejemplo: a) un helado que se derrite; b) agua en una cubitera en el congelador; c) gotitas en una lata fría sacada del frigorífico; d) un charco que se seca.
Se acepta cualquier ejemplo correcto: fusión (mantequilla en una sartén, helado al sol), solidificación (cubitera, cera de una vela que se endurece), condensación (lata fría que «suda», cristales empañados del autobús, rocío), evaporación (charco, pelo mojado que se seca).
3. Media
Una lata de refresco recién sacada del frigorífico se cubre de gotitas por fuera. Un compañero dice que «el refresco se sale a través del metal». ¿Tiene razón? Explica de dónde salen las gotas y qué cambio de estado se produce.

Ver solución
No. Las gotas vienen del vapor de agua del aire, que se condensa al enfriarse en contacto con la lata fría.
La lata está cerrada y el metal no deja pasar el refresco. El aire de la cocina contiene vapor de agua (invisible). Al tocar la superficie fría de la lata, ese vapor se enfría y pasa a líquido: condensación (cambio regresivo). Por eso aparecen gotitas también en un vaso con agua fría, aunque esté lleno de agua y no de refresco.