Cambios físicos: tipos y sus características, ejemplos
Los cambios físicos son aquellos en los que se observa un cambio en la materia, sin la necesidad de modificar su naturaleza; es decir, sin que haya rompimientos o formación de enlaces químicos. Por lo tanto, suponiendo una sustancia A, esta debe tener las mismas propiedades químicas antes y después del cambio físico.
Sin los cambios físicos no existirían las variedades de formas que pueden adquirir ciertos objetos; el mundo sería un lugar estático y estandarizado. Para que se den, es necesario la acción de la energía sobre la materia, ya sea en modo de calor, radiación o presión; presión que puede ejercerse mecánicamente con nuestras propias manos.
Por ejemplo, en un taller de carpintería pueden observarse los cambios físicos que sufre la madera. Los serruchos, los cepillos, las gubias y barrenos, los clavos, etc., son elementos indispensables para que la madera, desde un bloque, y por técnicas de ebanistería, pueda transformarse en una obra de arte; como un mueble, una celosía o una caja tallada.
Si se considera la madera como la sustancia A, en esencia no sufre ninguna transformación química una vez esté terminado el mueble (aun si su superficie recibe un tratamiento químico). Si este mueble se pulveriza hasta un puñado de aserrín, las moléculas de la madera seguirán inalteradas.
Prácticamente, la molécula de celulosa del árbol del que se taló la madera, no modifica su estructura en todo este proceso.
Si el mueble ardiera en llamas, entonces sus moléculas reaccionarían con el oxígeno del aire, descomponiéndose en carbón y agua. En esta situación sí habría un cambio químico, ya que después de la combustión las propiedades del residuo serían distintas a las del mueble.
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La madera del ejemplo anterior puede sufrir cambios físicos respecto a su tamaño. Puede laminarse, cortarse, labrársele bordes, etc., pero nunca aumentarle su volumen. En este sentido, la madera puede incrementar su área, más no su volumen; el cual, por el contrario, se ve reducido constantemente a medida que se le trabaja en el taller.
Una vez que se corta no se puede volver a darle su forma original, ya que la madera no es un material elástico; en otras palabras, sufre cambios físicos irreversibles.
En este tipo de cambios la materia, aunque no experimente reacción alguna, no puede volver a su estado inicial.
Otro ejemplo más colorido es el de jugar con una plastilina amarilla y otra azulada. Al amasarlas juntas y tras darles la forma de una pelota, su color se torna verdoso. Aun si se tuviera un molde para regresarlas a su forma inicial, se tendrían dos barras de color verde; el azul y el amarillo ya no podrían separarse.
Además de estos dos ejemplos, se pudiera considerar también el de soplar burbujas. Mientras más se soplan, el volumen de ellas aumenta; pero una vez libres, no se les puede extraer aire para reducir sus tamaños.
Aunque no se haga hincapié en describirlos adecuadamente, todos los cambios de estado de la materia son cambios físicos reversibles. Dependen de la presión y la temperatura, así como de las fuerzas que unen las partículas.
Por ejemplo, en una hielera un cubo de hielo puede derretirse si se deja en reposo afuera del congelador. Pasado un tiempo, el agua líquida suplanta al hielo en el pequeño compartimiento. Si esta misma hielera se regresa al congelador, el agua líquida perderá temperatura hasta congelarse y ser nuevamente un cubo de hielo.
El fenómeno es reversible porque ocurre absorción y liberación de calor por parte del agua. Esto es así sin importar dónde se almacene el agua líquida o hielo.
La principal característica y diferencia entre un cambio físico reversible e irreversible, es que en el primero se considera la sustancia (agua) en sí misma; mientras que en el segundo, se considera la apariencia física del material (madera, y no las celulosas y otros polímeros). En ambos, sin embargo, permanece constante la naturaleza química.
A veces la diferencia entre estos tipos no es clara y conviene, en dichos casos, no clasificar los cambios físicos y tratarlos como uno solo.
Dentro de la cocina se da lugar a innumerables cambios físicos. El preparar una ensalada está saturado de ellos. Los tomates y las verduras se pican a conveniencia, modificando sus formas iniciales irreversiblemente. Si a esta ensalada se le añade pan, este se corta en rebanadas o trozos a partir de una barra de pan campesino, y se unta con mantequilla.
La unción de pan con mantequilla es un cambio físico, ya que su sabor cambia, pero molecularmente permanece inalterado. Si otro pan se tuesta, adquirirá dureza, sabor y colores más intensos. Esta vez se dice que hubo un cambio químico, debido a que no importa si este pan tostado se enfría o no: nunca recuperará sus propiedades iniciales.
Los alimentos que se homogeneízan en la licuadora también representan ejemplos de cambios físicos.
Por el lado de lo dulce, al derretir chocolate se observa que pasa de estado sólido a estado líquido. La preparación de almíbares o dulces que no impliquen el uso de calor, entran igualmente en este tipo de cambios de la materia.
En un parque infantil a las primeras horas, se observan unas lonas en el piso, inertes. Transcurridas unas horas, estas se imponen como un castillo de muchos colores donde los niños brincan en su interior.
Este cambio abrupto de volumen se debe a la inmensa masa de aire soplada en su interior. Cerrado el parque, el castillo se desinfla y se guarda; por lo tanto, se trata de un cambio físico reversible.
El vidrio a altas temperaturas se funde y puede deformarse libremente para otorgarle cualquier diseño. En la imagen superior, por ejemplo, se observa cómo van moldeando un caballo de vidrio. Una vez se enfríe la pasta vidriosa, se endurecerá y quedará terminado el adorno.
Este proceso es reversible, ya que al aplicarle nuevamente temperatura, se le puede dar nuevas formas. Muchos adornos de vidrio se crean por esta técnica, la cual se conoce con el nombre de soplado de vidrio.
Asimismo, en la naturaleza puede contemplarse cómo los minerales adoptan estructuras más cristalinas; esto es, se facetan con el paso de los años.
Este consiste de un cambio físico producto de un reordenamiento de los iones que conforman los cristales. Subiendo una montaña, por ejemplo, se puede encontrar piedras de cuarzo más facetadas que otras.
Cuando se disuelve un sólido soluble en agua, como la sal o el azúcar, se obtiene una disolución con sabor salado o dulce, respectivamente. Aunque ambos sólidos “desaparecen” en el agua, y esta última sufre un cambio en su sabor o conductividad, no ocurre ninguna reacción entre el soluto y el solvente.
La sal (ordinariamente cloruro de sodio), consta de iones Na+ y Cl–. En el agua, estos iones se solvatan por moléculas de agua; pero los iones no experimentan ni reducción u oxidación.
Lo mismo sucede con las moléculas de sacarosa y fructosa del azúcar, las cuales no rompen ninguno de sus enlaces químicos cuando interaccionan con el agua.
Aquí el término cristalización alude a la formación lenta de un sólido en un medio líquido. Retomando el ejemplo de la azúcar, cuando se calienta su disolución saturada hasta ebullición, dejándose luego en reposo, se les está dando suficiente tiempo a las moléculas de sacarosa y fructosa para que se ordenen adecuadamente y formen así cristales más grandes.
Este proceso es reversible si se suministra nuevamente calor. De hecho, es una técnica muy utilizada para purificar las sustancias cristalizadas de impurezas presentes en el medio.
En las luces de neón se calientan gases (entre dióxido de carbono, neón y otros gases nobles) por medio de una descarga eléctrica. Las moléculas de gas se excitan y sufre transiciones electrónicas que absorben y emiten radiación mientras pase la corriente eléctrica por el gas a baja presión.
Si bien los gases se ionizan, la reacción es reversible y prácticamente vuelven a su estado inicial sin la formación de productos. La luz de neón es exclusivamente de color rojo, pero en la cultura popular se designa incorrectamente este gas a todas las luces producidas por este método, sin importar el color o su intensidad.
Aquí, la emisión de luz es más lenta después de la absorción de radiación de alta energía, como la ultravioleta. Los colores son producto de esta emisión de luz a causa de las transiciones electrónicas dentro de las moléculas que conforman el adorno (imagen superior).
Por un lado, la luz interacciona químicamente con la molécula excitando sus electrones; y por el otro, una vez emitida la luz en la oscuridad, la molécula no muestra ningún rompimiento de sus enlaces, lo cual se espera de toda interacción física.
Se habla entonces de un cambio fisicoquímico reversible, ya que si se coloca el adorno a la luz del sol, reabsorbe radiación ultravioleta, la cual luego liberará en la oscuridad de manera lenta y con menos energía.
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