¿Todos los elementos pueden pasar directamente de sólido a gas? » Cienciahoy

Es de conocimiento común que existen 3 estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Por lo general, los elementos pasan de sólido a líquido a gas, o en el orden inverso, según el cambio en el entorno.

Sin embargo, también es posible tener un cambio directo de sólido a gas o de gas a sólido.

Al pensar en una transición de este tipo, el elemento más común que viene a la mente es el yodo.

A lo largo de mi educación primaria, cualquier capítulo relacionado con los estados de la materia hablaba de que el yodo y el naftaleno se encuentran entre los pocos elementos que son capaces de una transición directa de sólido a gas.

Sin embargo, esto es en realidad un concepto erróneo.

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¿Qué es la sublimación?

La sublimación es el cambio directo de un elemento de la fase sólida a la fase gaseosa, sin pasar por la fase líquida, a una temperatura y presión determinadas. El proceso inverso, es decir, cambiar directamente de gas a sólido, se llama deposición.

Como se mencionó anteriormente, el yodo es uno de los ejemplos comunes de sustancias que pueden sublimar. Otros incluyen naftaleno y hielo seco o dióxido de carbono. Es posible que haya notado que las bolas de naftalina, que están hechas de naftalina, se encogen y desaparecen con el tiempo. Esto se debe a que también se sublima desde su estado sólido directamente a un estado gaseoso. Por lo tanto, se convierten en humos y ‘desaparecen’.

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Las bolas de naftalina se subliman y desaparecen (Crédito de la foto: veinte20)

Del mismo modo, si alguna vez has visto hielo seco, es imposible no notar los humos blancos y espesos que emite. Esto, nuevamente, es un ejemplo visual de sublimación. El hielo seco no es más que dióxido de carbono solidificado. A temperatura ambiente, se convertirá directamente en gas y los vapores que puede ver son dióxido de carbono gaseoso.

Sin embargo, casi todos los elementos son capaces de sublimarse en las condiciones adecuadas de temperatura y presión.

¿Qué es un diagrama de fase y por qué es importante?

Un diagrama de fase de una sustancia es un gráfico con la temperatura y la presión en los ejes x e y, respectivamente. Muestra las diversas temperaturas y presiones a las que una fase particular de la sustancia (sólido, líquido o gas) puede existir y permanecer estable.

Hay tres líneas sólidas en el diagrama. Éstos muestran las temperaturas y presiones a las que las diversas fases están en equilibrio entre sí, es decir, cuándo pueden existir juntas. Estas líneas también indican cuándo ocurrirá la transición de fase o, en otras palabras, cuándo la sustancia cambiará de una fase a otra. Las áreas marcadas por las líneas muestran las tres fases. Por ejemplo, considere el diagrama de fase para el agua, como se muestra a continuación.

No hace falta decir que el diagrama de fase para diferentes elementos será diferente.

En un diagrama de fase, las 3 líneas continuas se intersecarán en un punto, conocido como el punto triple. Como se mencionó anteriormente, las líneas también muestran el equilibrio entre fases.

Por lo tanto, el punto triple denota el punto en el que las tres fases (sólido, líquido y gas) pueden existir en equilibrio entre sí.

diagrama de fase binaria del agua - H2O

(Crédito de la foto: magnetix/Shutterstock)

Punto Triple y Sublimación

Como puede ver en el diagrama de fase, la curva en la parte inferior muestra la transición entre los estados sólido y gaseoso. La fase líquida no puede existir por debajo del punto triple. Por lo tanto, en cualquier punto por debajo del punto triple, la mayoría de las sustancias, cuando se calientan, se sublimarán de sólido a gas.

Por el contrario, en cualquier punto por encima del punto triple, incluso veremos elementos como el yodo y el dióxido de carbono pasar a una fase líquida.

Sin embargo, para la mayoría de los elementos, el punto triple está por debajo de las condiciones normales de temperatura y presión (NTP), que es una presión de 1 atm y una temperatura de ~20 °C. Es por eso que no podemos verlos someterse a la sublimación. Sin embargo, incluso sustancias como el agua pueden sublimarse cuando se exponen a condiciones por debajo de su punto triple. Para el agua, estos son 0,1°C y 0,006 atm.

Consideremos de nuevo uno de nuestros ejemplos anteriores. El punto triple del dióxido de carbono (hielo seco) es ~5 atm y -56,6°C. A presión normal, es decir, 1 atm, a medida que se calienta el hielo seco, pasará directamente a la etapa de gas o se sublimará. Este ejemplo muestra que aunque la temperatura no esté por debajo de la temperatura del punto triple, se producirá la sublimación. Esto se debe a que cuando observamos el diagrama de fase del dióxido de carbono, las condiciones de NTP se encuentran por debajo del punto triple, aunque la temperatura, individualmente, es menor que la temperatura del punto triple. Por lo tanto, es importante notar que la sublimación ocurrirá en cualquier punto por debajo del punto triple.

diagrama de fase binaria del agua - H2O

Diagrama de fase del dióxido de carbono (Crédito de la foto: Ben Finne/Wikimedia commons)

También es importante tener en cuenta que los diagramas de fase se aplican en condiciones ideales, lo que significa que se aplican a una sola sustancia pura en un sistema cerrado en equilibrio. Estas condiciones nunca se cumplen en la práctica, por lo que se esperan desviaciones.

En teoría, aunque la mayoría de los elementos pueden sublimarse, en la práctica no es posible lograr esas condiciones. Por lo tanto, en la práctica, es mejor considerar los pocos elementos ideales como el yodo, la naftalina y el dióxido de carbono como ejemplos de elementos que pueden sublimar.