7. Teoría cinética de la materia

La exitosa aplicación de la teoría cinética para el estado gaseoso se puede extender al resto de los estados de agregación de la materia tan solo utilizando los conceptos de distancia entre partículas y desplazamiento relativo:

Si las partículas están juntas, su volumen no podrá variar. Así se explica el estado sólido y líquido, pero no el gaseoso, que es compresible.
Si las partículas se desplazan entre ellas, su forma puede variar. Se explica así el comportamiento de los fluidos, como el estado líquido y el gaseoso.

7.1. Teoría cinética y cambios de estado

La teoría cinética no solo explica los estados de agregación de la materia, también es capaz de explicarnos cómo se producen los cambios de estado.

Recuerda que no debes confundir la evaporación y la ebullición:

La evaporación es un fenómeno en el cual la superficie del líquido, a cualquier temperatura, se convierte en estado gaseoso.
En la ebullición, sin embargo, todo el líquido pasa a estado gaseoso a una determinada temperatura.

7.2. Gráficas de cambio de estado

Las gráficas de cambio de estado suministran información sobre los cambios de estado que se producen como consecuencia de un proceso de calentamiento o enfriamiento y el tiempo empleado en producirse dichos cambios.

La siguiente imagen corresponde a una gráfica de enfriamiento desde el estado gaseoso hasta el estado sólido:

En ella, se observan una serie de tramos que podemos asimilar a:

Estados puros (sólido, líquido y gaseoso): aquellos en los que al aplicar o eliminar calor la temperatura varía. Por tanto, en la gráfica aparecen como líneas inclinadas ascendentes o descendentes.
Estados mezcla: corresponden a cambios de estados. En ellos la temperatura no varía y, por tanto, aparecen como una horizontal en la gráfica.

Ejemplo resuelto

Analiza la gráfica de la figura adjunta. Identifica los estados en los que se encuentra en cada instante considerando todas las posibles interpretaciones.

Solución

La gráfica presenta un solo tramo horizontal, por lo que estamos ante un único cambio de estado, pero no existe información sobre cuál es.

Existen, pues, dos posibilidades:

Una condensación, desde el estado gaseoso al estado líquido.
Una solidificación, desde el estado líquido al estado sólido.

7.3. Gráficas de calentamiento y enfriamiento

Hemos estudiado lo que sucede en un cambio de estado, pero ¿qué le pasa a la temperatura durante este? ¿Cómo lo podemos comprobar?

Laboratorio en el aula Calentando y enfriando

Es el momento de verificar todo lo estudiado.

Monta el dispositivo de la imagen colocando naftaleno (o un compuesto que te indique tu docente) en un tubo de ensayo. Coloca un termómetro de manera que el bulbo esté sumergido en la sustancia.

Calentando

Coloca el tubo de ensayo al baño maría sumergiéndolo en un recipiente con agua caliente.

Determina cada 30 s la temperatura del producto. Cuando empieces a verlo fundido, toma la temperatura cada 15 s o menos.

Enfriando

Una vez esté fundido del todo, retíralo del baño maría y vuelve a medir la temperatura de igual manera hasta que solidifique totalmente.

Analizando los datos

Toma las dos tablas de temperatura (estado) frente al tiempo y realiza la gráfica correspondiente. Interpreta lo que observas en función de tus conocimientos.

Actividades

A partir de la tabla adjunta, indica en qué estado de agregación se encuentra el agua, el etanol, la acetona, el yodo y el bromo a las siguientes temperaturas: 25 °C, 250 K, 350 K, 200 K, 200 °C.

Sust.	T_Fusión(°C)	T_Ebull(°C)
Agua	0	100
Etanol	−114	78,4
Acetona	−95	56
Flúor	−220	−188
Cloro	−102	−34
Bromo	−7	59
Yodo	114	184

Realiza las gráficas siguientes con un tiempo arbitrario:

Calentamiento de la acetona desde −100 °C hasta los 100 °C.
Enfriamiento de la acetona desde los 50 °C hasta los −150 °C.
Calentamiento del bromo desde 0 °C hasta los 100 °C.
Enfriamiento del yodo desde los 423 K hasta los 373 K.

Diseñad en parejas una gráfica de calentamiento o enfriamiento de unas sustancias imaginarias. Eliminad los datos e intercambiadlas con el resto de la clase. Se debe identificar y proporcionar toda la información posible sobre las sustancias a partir de las gráficas que se hayan recibido.
En parejas o en grupos de tres miembros, investigad cómo sucede la evaporación y analizad, utilizando el concepto de partícula y la teoría cinética de la materia, por qué depende de la superficie del líquido y de la temperatura de este.

Realizad un mural en A3 donde expliquéis con dibujos lo que habéis encontrado y la diferencia que presenta con la ebullición.

Una compañera ha encontrado en el laboratorio unas gráficas que alguien había hecho y, junto a ellas, una libreta donde apuntaba las sustancias y las temperaturas de cambio de estado, pero estaban algo deterioradas y no se aprecia bien la información.

Copia y completa la tabla y dibuja la gráfica que falta.

Sustancia		Amoniaco	Ác. sulfúrico	Acetona	Ác. salicílico
T_Fusión	5 °C	...	...	...	432 K
T_Ebullición	...	...	337 °C	56 °C	211 °C

La teoría cinética no solo explica los estados de agregación de la materia, también es capaz de explicarnos cómo se producen los cambios de estado. En relación con esto último selecciona a continuación los enunciados correctos.

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Tiempo empleado

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