La importancia de la curva de enfriamiento

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Jupiterimages/Comstock/Getty Images

Imagina que tomas una cantidad específica de vapor y lo enfrías a una velocidad constante y uniforme. Si graficas la temperatura sobre el tiempo mientras que condensas el agua y luego se congela a hielo, tendrás una gráfica denominada curva de enfriamiento. Puedes dibujarla para cualquier sustancia, no sólo para el agua -- y el resultado es muy importante ya que revela muchas cosas sobre el comportamiento de la materia.

Cambios de fase

Lo primero que notas cuando miras una curva de enfriamiento son las laderas y mesetas. Hay lugares donde la línea en la gráfica es plana, y otros donde se inclina más pronunciada. La primera se da en sitios donde ocurren cambios de fase en las temperaturas -- el vapor se condensa a agua, o el agua se congela a hielo--. Esta parte de la curva ilustra un punto importante: mientras la sustancia condensa o se congela, su temperatura no cambia.

Capacidad calórica

El siguiente punto importante sobre la curva de enfriamiento, es la pendiente de las zonas entre las mesetas. Si dibujas una de vapor, por ejemplo, las temperaturas se mantienen constantes mientras se condensa a agua líquida, y luego empezaría a disminuir de nuevo mientras el agua líquida comienza a enfriarse. La pendiente decreciente a lo largo de esta zona es la capacidad calórica -- el cambio de temperatura asociado con la extracción de una cantidad dada de calor--. Será diferente para diferentes sustancias.

Sublimación y deposición

Algunas sustancias tienen curvas de enfriamiento inusuales en que pasan directamente de gas a sólido (o parte posterior de sólido a gas a medida que los calientan). El dióxido de carbono es uno. Si se enfría, en algún momento vas a terminar con dióxido de carbono sólido, más conocido como hielo seco, sin pasar por una fase líquida intermedia. Lo mismo es cierto para la cafeína, que se sublima (pasa directamente de sólido a gas) cuando se calienta.

Condensación

La forma de las curvas de enfriamiento revelan un poco acerca de lo que ocurre cuando un gas se condensa a un líquido, o cuando un líquido se congela a un sólido. Como las partículas en la sustancia pierden energía, su velocidad disminuye hasta el punto en que las fuerzas entre ellos pueden mantenerlos juntos. Estas interacciones liberan energía, que se elimina por el enfriamiento continuo. Una vez que la sustancia comienza a condensarse, se extrae la energía liberada por la formación de enlaces intermoleculares, en lugar de reducir la temperatura de la sustancia, por lo que ésta se mantiene constante durante la condensación y la congelación.