Solidificación – Cambio de estado físico – Física y química
El paso de un cuerpo o sustancia de un estado líquido a un sólido se llama solidificación. Es importante aclarar que este nombre se refiere específicamente a esta transición de fase, porque aunque es posible formar un sólido por otro tipo de transición, como el paso directo de la fase gaseosa a la sólida, este fenómeno recibe otro nombre. : resublimación.
Las siguientes figuras muestran partículas de un sólido, un líquido y un gas, respectivamente. Podemos ver que las partículas de un material sólido están menos agitadas, ya que tienen menos energía cinética (temperatura más baja), lo que resulta en una velocidad media de movimiento baja.
Estados físicos fundamentales de la materia. Ilustración:
OpenStax College [CC-BY 4.0] / vía CNX.org [adaptado]
Podemos interpretar la ilustración como la evolución de los niveles de agitación de las partículas de una sustancia, es decir, cuando las moléculas de un líquido comienzan a perder energía, ya sea por variaciones de presión o temperatura, comienzan a agitar cada vez menos y tienen menos libertad de movimiento, hasta llegar al punto en que ya no se caracterizan como sustancia líquida, y comienzan a cristalizar, momento en el que decimos que se ha solidificado. (Nota: incluso en estado sólido, las partículas tienen cierto grado de libertad y están en movimiento, aunque con menor intensidad).
En otras palabras, la solidificación es un proceso exotérmico, es decir, libera (o pierde) energía en forma de calor, por lo que para formar hielo es necesario enfriar el agua. La temperatura a la que se solidifica un cuerpo se llama punto de solidificación o punto de congelación, que es el mismo que el punto de fusión, cuando hay una transición de sólido a líquido. En este momento de transición, la sustancia se encuentra en equilibrio dinámico entre las dos fases, hasta que solidifica por completo.
Mira el diagrama de fases de una sustancia pura. Tenga en cuenta que la temperatura permanece igual durante el proceso de solidificación o fusión.
En mezclas, la energía se distribuye entre energía potencial creciente y energía cinética decreciente. Mirando el diagrama de solidificación genérico:
En nuestra vida diaria, el lugar donde más presenciamos la solidificación es el congelador / congelador de nuestros refrigeradores, porque el agua, tan abundante en la Tierra, se solidifica a una presión atmosférica de 1 atm a solo 0 ° C, una temperatura que estos dispositivos alcanzan fácilmente. . Sin embargo, otras sustancias no se solidifican tan fácilmente. El gas helio, por ejemplo, necesita una presión 20 veces mayor que la atmosférica normal y temperaturas muy extremas; já o Tungstênio continua sólido mesmo em temperaturas muito altas sob pressão normal e por isso f i l a m e n t o s d e s t e m a t e r i a l s ã o u s a d o s e m l â m p a d a s incandescentes, pois ao terem suas partículas aquecidas, os filamentos de tungstênio não gastam energia mudando de fase, em vez disso a emitem em forma de luz.
En algunos materiales, la cristalización se produce muy lentamente y puede prolongarse en determinadas condiciones. La industria metalúrgica utiliza esta propiedad de algunos metales en una técnica denominada solidificación direccional, que permite la producción de componentes para diversos equipos que requieren una aleación metálica específica para su estructura. En este proceso, el material en estado líquido pasa por una cavidad donde se controla la temperatura y la transmisión de calor del conjunto. Simultáneamente, se realizan análisis de materiales con el fin de identificar las impurezas, el contenido porcentual de cada tipo de metal para la formación de la aleación y la dirección correcta de cristalización.
