Explicación molecular del cambio de fase

Explicación molecular del cambio de fase

La materia ordinaria se puede encontrar en tres fases: sólido, líquido y gas.

Sólido:

• Alta densidad
• La moléculas se encuentran en posiciones fijas (sólo vibran)
• Fuerzas intermoleculares grandes

Líquido:

• Menor densidad
• Las moléculas vibran no se encuentran en posiciones fijas y pueden deslizarse
• Fuerzas intermoleculares entre las del estado sólido y la del estado gas.

Gas:

• Baja densidad
• Las moléculas se mueven libremente
• Fuerzas intermoleculares despreciables

En los sólidos, las grandes fuerzas intermoleculares son las responsables de que las moléculas se encuentren en posiciones fijas. Esto hace que la forma de los sólidos sea fija y que sea difícil comprimirlos o estirarlos.

Consideremos un sólido a baja temperatura. La energía cinética de las moléculas es pequeña comparada con la necesaria para separarlas y la distancia entre las moléculas es fija.

La transferencia de energía a un sólido incrementa su energía interna, es decir, puede aumentar la energía cinética media de las moléculas (al aumentar la velocidad de vibración de las mismas) y la energía potencial intermolecular (al separarse). En este proceso de transferencia de energía puede llegar un momento en que grupos de moléculas pueden separarse suficientemente de sus vecinas como para que su influencia se vea reducida. Esto hace que las moléculas abandonen sus posiciones fijas y se deslicen, de forma que el sólido empieza a convertirse en líquido. Mientras dura este proceso la energía aportada se invierte en vencer las fuerzas intermoleculares y aumentar la energía potencial de las moléculas y no en aumentar la energía cinética media aleatoria de las mismas manteniéndose constante la temperatura de la sustancia. Este fenómeno se llama “cambio de fase”. Una vez que los grupos de moléculas tienen la suficiente libertad de movimiento para que todo el sólido se haya fundido, si seguimos aportando energía ésta se invierte en aumentar la velocidad media de las moléculas y la temperatura vuelve a subir. No hay cambio en la energía potencial ya que las moléculas mantienen una separación media constante entre ellas.  Cuando el líquido llega al punto de ebullición las moléculas empiezan a separarse unas de otras aumentando su energía potencial a medida que aumenta la energía transferida a la sustancia. De nuevo estamos en una etapa en el que la energía cinética media de las moléculas permanece constante hasta que todas las moléculas se hayan separado, manteniéndose constante la temperatura en todo el proceso. La energía está provocando la vaporización del líquido y sólo cuando todo el líquido se haya vaporizado la energía transferida se aplicará en aumentar la energía cinética media de las moléculas aumentando por tanto la temperatura de la sustancia.

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