Cambio de Fase
Un cambio de fase es un cambio físico de un estado de la materia a otro, como fundir, congelar, hervir, condensar, sublimar o depositar.
Definition
Un cambio de fase es un cambio físico de un estado de la materia a otro, causado por añadir o quitar energía, e incluye la fusión (sólido a líquido), la congelación (líquido a sólido), la vaporización (líquido a gas), la condensación (gas a líquido), la sublimación (sólido directamente a gas), y la deposición (gas directamente a sólido). Durante cualquier cambio de fase la temperatura se mantiene constante mientras la energía involucrada va a romper o formar las atracciones entre partículas en lugar de acelerarlas o desacelerarlas. Formalmente, un cambio de fase es una transición de primer orden donde las energías libres de Gibbs de las dos fases son iguales, así que ocurre a una temperatura fija para una presión dada e involucra un calor latente, la entalpía de fusión, vaporización o sublimación, y en un diagrama de fases las líneas de transición siguen la relación de Clausius-Clapeyron, vinculando su pendiente a los cambios de entalpía y volumen involucrados.
Example
El hielo derritiéndose en agua, el agua hirviendo convirtiéndose en vapor, y el vapor condensándose de vuelta en gotas sobre un espejo frío son todos cambios de fase de la misma sustancia, $H_2O$, simplemente reorganizada. Calentar una olla de hielo sube su temperatura hasta $0^\circ\text{C}$, la mantiene ahí hasta que todo se ha derretido, luego la sube de nuevo hasta $100^\circ\text{C}$, donde se mantiene otra vez hasta que el agua termina de hervir, y esos tramos planos en la curva de calentamiento marcan los propios cambios de fase. La entalpía de fusión del agua es $6.01\text{ kJ/mol}$ ($334\text{ J/g}$) mientras que su entalpía de vaporización es $40.7\text{ kJ/mol}$ ($2260\text{ J/g}$), así que hervir un gramo de agua toma casi siete veces la energía de derretir el mismo gramo de hielo.
Key Insight
Sudar te enfría porque la evaporación es un cambio de fase que absorbe calor, extrayendo energía de tu piel mientras el agua se convierte en vapor. El hielo famosamente se derrite bajo presión porque es menos denso que el agua líquida, así que la línea sólido-líquido en el diagrama de fases del agua se inclina hacia atrás, una anomalía compartida por solo unas pocas sustancias y la razón por la cual los glaciares fluyen y el hielo se vuelve resbaladizo bajo la cuchilla de un patín.