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Transcripción del video

creo que en general todos estamos razonablemente familiarizados con los tres estados de la materia bueno en nuestro día a día a temperaturas muy altas obtenemos un cuarto estado de la materia pero los tres con los que normalmente tratamos son el sólido sólido ok el líquido y lo voy a poner con color azul el líquido y dos líquidos y ojo no forzosamente el líquido es de color azul pero bueno sólido líquido y gas y gas bien pues vamos a trabajar con esos tres conceptos generales y creo que el agua es mi ejemplo favorito porque siempre me viene a la mente el sólido ocurre cuando las cosas son más frías así que déjame ponerlo así a frías frías ok y después mientras se van calentando ok mientras más temperatura tengamos entonces vamos a pasar de estar en el estado sólido al estado líquido y por último al estado gastón de aquí tenemos cosas más calientes ok y bueno cuando nosotros pensamos en el agua en el caso del agua cuando el agua está en estado sólido bueno a eso le llamamos hielo hielo ok eso lo sabemos por otra parte cuando el agua está en estado líquido bueno pues simple y sencillamente se le llama a agua líquida sé que lo voy a poner con este color agua líquida líquida ok y bueno cuando el agua está en estado gaseoso es decir está muy caliente lo podemos llamar vapor vapor de luz ahora vamos a pensar un poco sobre esto al menos en el caso del agua y la analogía se extenderá para otro tipo de moléculas que es lo que hay en el agua que hace que ésta sea sólida cuando está más fría y lo que permite que sea líquida y bueno hacer franco los líquidos son cosas fascinantes porque nunca los puedes establecer supongo que bueno es la mejor forma de verlos y el gas vamos a dibujar una molécula del agua así que si por aquí tienes un oxígeno vamos a poner lo justo por aquí y bueno aquí tenemos el oxígeno pero tenemos algunos enlaces también con el hidrógeno así que a tengo aquí un enlace con el hidrógeno ok y vamos a poner el otro por aquí por aquí tengo mi otro enlace con mi otro hidrógeno también tenemos dos pares extras de electrones de valencia en el oxígeno recuerdas por aquí tengo otro par ok este es uno y aquí está el otro además hace un par de vídeos dijimos que el oxígeno es mucho más electro negativo que el hidrógeno ya que le gusta atraer a los electrones a pesar de esto muestra que están compartiendo electrones vamos a ponerlos por aquí con este color voy a poner que comparten aquí y aquí electrones y aquí y aquí también electrones en ambos lados de estas líneas y bueno puedes observar que el hidrógeno está aportando un electrón y el oxígeno está aportando un electrón en ambos lados de esta línea pero sabemos por la electro negatividad o la electro negatividad relativa del oxígeno que está atrayendo a estos electrones así que los electrones gastan mucho más tiempo alrededor del oxígeno que del que gastan alrededor del hidrógeno y lo que resulta es que del lado del oxígeno de la molécula terminas anp y déjame ponerlo con este color terminas con una carga parcial negativa ok aquí vamos a tener una carga parcial negativa mientras que en el lado del hidrógeno terminarás con una carga ligeramente positiva una carga ligeramente positiva ya que también una carga ligeramente positiva ahora si estas moléculas tienen muy poca energía cinética no se están moviendo mucho alrededor de un conjunto entonces los lados positivos de los hidrógenos estos están muy atraídos por el lado negativo del oxígeno en otras moléculas cuando hablamos sobre el estado entero de toda la materia en realidad pensamos sobre cómo las moléculas están interactuando las unas con las otras dentro de una molécula solo dibuje una molécula del agua pero podrá dibujar más moléculas del agua ahora déjame atrapar esta molécula del agua así que vamos a atrapar la am la voy a tratar como por aquí ok y vamos a golpearla y apagarla porque porque si yo tengo aquí vamos a decir que el hidrógeno va a estar cerca de esta otra molécula de agua aún la podemos poner más o menos como por aquí vamos a ponerla más o menos como por aquí y para esto déjeme bajar la pantalla bajemos un poco más la pantalla para que veas a lo que me estoy refiriendo yo voy a apuntar aquí a esta estructura pero también por tener por acá otra de ellas vamos a ponerla más o menos como por aquí este oxígeno lo voy a poner lo más cerca que se pueda de este otro hidrógeno ok y es más para que sigamos entendiendo bien qué es lo que está pasando aquí voy a poner otra más aquí voy a poner otro oxígeno que esté cerca de estos dos hidrógenos de lugo y bueno esto es porque el oxígeno tiene carga parcial negativa y el hidrógeno tiene carga parcial positiva entonces si te das cuenta justo por aquí este oxígeno puede estar conectado con este hidrógeno o en su lado caso por ejemplo este oxígeno puede estar conectado con estos dos hidrógenos porque tienen su carga parcial positiva pero puedes ver una especie de estructura cristalina que se está formando y para eso déjame dibujar estos enlaces estos enlaces son enlaces polares aunque se empiecen a formar y ponerlo así aquí se va a formar un enlace polar por aquí vamos a tener otro enlace polar por aquí vamos a tener otro enlace polar y por acá otro enlace polar ok estos enlaces polares se forman porque las propias moléculas son polares se puede ver que se forma una estructura cristalina y si cada una de estas moléculas no tiene una gran cantidad de energía cinética o podremos decir que la energía cinética media de esta materia es bastante baja y bueno recuerda que sabemos a qué energía cinética me estoy refiriendo a la energía cinética media hablada sobre la temperatura entonces esta estructura cristalina será sólida estas moléculas no se moverán una con respecto a la otra y podrá dibujar muchísimas más pero creo que ya entendiste el punto de lo que estamos formando en este tipo de estructura mientras estamos en el estado sólido cuando agregamos energía cinética es decir cuando agregamos calor lo que vamos a obtener es que las moléculas vibren solamente un poco alrededor y para esto antes que no ponerlo así esto me está diciendo que estas moléculas vibran un poco aunque bueno algunos libros de texto lo ponen con algunas comillas de hecho lo ponen más o menos así esta energía cinética es la que hace que vibren y bueno podrían vibrar alrededor o bueno de una manera circular alrededor y es que estoy poniendo aquí estas flechas porque estoy pensando que van a vibrar sin embargo recuerda que no solamente vibran de derecha a izquierda también pueden vibrar para arriba para abajo o de hecho para cualquier lado pueden vibrar y como agregaste más y más y más calor en el sólido estas moléculas van a mantener su estructura así que no van a moverse una con respecto a la otra pero van a convertir ese calor y ese calor es solo una forma de energía en energía cinética la cual es expresada como una acción en estas moléculas ahora si hace que estas moléculas comiencen a vibrar bastante y si pones suficiente energía cinética en estas moléculas que piensas que va a pasar bueno pues esta molécula está vibrando bastante fuerte vibra más y más fuerte conforme se agrega más y más calor y esta molécula va a estar haciendo lo mismo en esta también en todas y en algún momento estos enlaces polares que se tienen el uno al otro van a empezar a no ser lo suficientemente fuertes para contener las vibraciones y una vez que esto pase las moléculas van a empezar a moverse más allá de ellas así que para eso déjame bajar un poco la pantalla porque quiero ver qué es lo que va a pasar ahora cuando las moléculas y déjame poner aquí varias moléculas am voy a poner a esta por acá ok voy a poner a otra por acá ok am perfecto y ahora voy a poner a otra por acá porque ahora lo que está pasando es algo muy importante las moléculas van a empezar a desplazarse esta molécula se va a desplazar tal vez para camps ojos siguen atraídos y tal vez ésta se mueva algo por acá también hay un montón de moléculas pero ahora se están deslizando tal vez existan otras moléculas aquí alrededor de este camino pero siguen atraídas la una a la otra cierto a pesar de que hemos conseguido la energía cinética hasta el punto en que las vibraciones pueden romper los enlaces de los lados polares de las moléculas bueno nuestra vibración o que nuestra energía cinética sigue estando aquí para cada molécula aquí también tengo vibración y esta vibración todavía no es lo suficientemente fuerte para separarlas por completo están empezando a deslizarse una sobre la otra y eso es esencialmente lo que pasa cuando estamos en el estado líquido y tú tienes muchos átomos que quieren estar en contacto entre sí muchas moléculas pero se están deslizando estas moléculas tienen suficiente energía cinética para deslizarse unas sobre las otras y romper esta estructura sólida cristalina que teníamos bueno acá arriba justo esta que tenemos acá arriba sin embargo ahora en este estado si agregas mucha más energía cinética en este punto en este estado aún más calor entonces qué es lo que va a pasar bueno pues ellas ni siquiera van a ser capaces de estar juntas y déjame bajar un poco la pantalla porque ahora va a pasar lo siguiente si te fijas am ahora vamos a tener también estas moléculas y déjame poner una por aquí ok vamos a poner otro por aquí pero ahora ninguna de estas moléculas se está tocando con la otra es decir que estas moléculas están completamente están muy lejos las unas de las otras antes de quitar esto y entonces más o menos van a rebotar de una forma independiente y esto en caso de que tengamos un gas ideal pero am realmente nunca se van a tocar en general en los gases las moléculas ya no están en contacto entre sí pero podrían chocar las unas con las otras tienen mucha energía cinética tanta que cada una de estas moléculas está haciendo lo suyo y no se están tocando creo que esto tiene un sentido muy intuitivo si sólo piensas en lo que es un gas por ejemplo es difícil ver un gas no porque es difícil ver un gas bueno porque las moléculas están mucho más separadas así que no están actuando en la luz me refiero a la forma en la que actúa en la luz un sólido o un líquido bueno probablemente no deba usar el ejemplo con el agua en este caso porque el hielo bueno el hielo o en su dado caso el agua es una de las pocas situaciones donde el sólido es menos denso que el líquido es justo por eso que el hielo flota es por eso que los icebergs no caen hasta el fondo del océano y los estanques no están completamente congelados pero puedes imaginarlo con otro tipo de sustancia porque el líquido es en la mayoría de los casos menos denso esa es otra razón de por qué puedes ver a través de ella mucho mejor o no se está retractando bueno no voy a entrar en esto demasiado pero el gas es más obvio y esto también es cierto con el agua la forma líquida definitivamente es más densa que la forma del gas en la forma del gas las moléculas van a saltar alrededor no se van a tocar entre ellas es por eso que más luz puede llegar a través de la sustancia ahora la pregunta sería cómo podemos medir la cantidad de calor que se necesita para hacerle esto al agua es decir cómo podemos pasar ante este estado ok a este estado y bueno para hacer eso ahora voy a dibujar con más abajo lo que se conoce como un diagrama de cambio de fase el cual es una forma elegante de describir algo bastante sencillo así que vamos a dibujar dos ejes en este eje voy a poner la cantidad de calor ok mientras que en este otro eje voy a poner la temperatura ok así que déjame poner que estos son mis ejes y bueno a la cantidad de calor casi siempre se le denota con la letra q ahora bien también hay personas que lo ponen con la letra h la letra h tanto mayúscula como minúscula y bueno eso quiere decir calor y se le ponen una delta en frente de la h eso hace que la delta signifique cambio en la h o dicho de otra manera cambio en el calor y algunas veces también escucharás la palabra entalpía déjame escribirlo aquí pero quieren también bueno suena como empatía pero es un concepto bastante diferente al menos en cuanto a mis conexiones neuronales me dice la en dalvian está estrechamente relacionada con el calor es más podría decir que esto lo podemos definir como el contenido de calor con té y don de calor ok esto es lo que significa la entropía que en general bueno pues es exactamente lo mismo que el cambio de calor podrías pensarlo de esta manera y es que de hecho yo considero que esta palabra la palabra entalpía bueno pues es una palabra que realmente no deberían de introducir en el contexto de los primeros cursos de química porque puede confundir a los estudiantes entalpía introduce una palabra que no es intuitiva dentro de su vocabulario la mejor manera de pensar esto es como el contenido de calor pero bueno es que en tal pilla realmente sólo eso cambiar el calor recuerda que todas estas cosas que hemos hablado bastante como lo es calor calor energía cinética energía cinética entalpía tal día energía potencial energía potencial ok bueno todas estas cosas las escucharás en diferentes contextos y dirás pensé que debería de usar calor pero están hablando sobre tal plan o sobre energía cinética pero recuerdan que todas estas son distintos tipos de energía son formas de energía y por lo tanto todas estas se miden en jules cluzel también podrían ser medidos en otras formas pero la forma tradicional es en jules y es que la energía recuerda que es la capacidad de hacer un trabajo y cuál es la unidad del trabajo bueno pues son los bulls fuerza por distancia pero como sea eso es otro tema es bueno saber esta palabra entalpía especialmente en un contexto químico porque es usado todo el tiempo y puede ser confuso y nada intuitivo y bueno es que ya no sé qué es lenta el piano en mi día a día solo piensa en esto como el contenido de calor como sea en este en este eje tengo bueno al calor mientras que en este otro eje voy a tener am y déjame ponerlo con este color voy a tener a la temperatura per aturar bien ahora vamos a decir que bueno a bajas temperaturas vamos a suponer que estamos como por aquí y mientras agregué calor mi temperatura subirá estás de acuerdo la temperatura es la energía cinética media así que vamos a decir que estamos en un estado sólido como por aquí y para eso dejamos utilizar este color vamos a estar en estado sólido como por aquí y mi temperatura va a subir por lo tanto mi calor también va a subir supongamos que llegamos hasta este punto recuerda que el calor es una forma de energía por eso cuando nosotros estábamos pensando en este diagrama que tenemos justo hasta acá arriba en este diagrama de aquí arriba bueno pues recuerda que estamos en estado sólido y cuando agrego calor a estas moléculas que es lo que pasan estas moléculas empiezan a vibrar aún más o les hizo tener una mayor energía cinética media y eso es lo que es la temperatura una energía cinética media así que si bajamos de nuevo justo a este diagrama que tenemos por aquí bueno que es lo que está pasando vamos a aumentar la temperatura aumenta nuestra energía cinética y estamos hablando de la fase sólida así que déjenme apuntarlo aquí estamos hablando de la fase sólida sólida o del estado sólido de la materia sólido muy bien ahora algo muy interesante ocurre justo en este punto y déjame ponerlo con este color en este punto de aquí va a ocurrir algo muy interesante que pasa a los cero grados bueno en este caso estamos justo aquí en este punto en los cero grados si estamos al lado del agua en los cero grados celsius o podemos pensarlo como 273 y bueno déjame ponerlo aquí 273 punto quince kelvin pues el sólido se va a empezar a derretir y bueno si nosotros estamos pensando en la cuestión del agua en el hachero son así que si este de aquí es hielo a meterme ponerlo si este equipo es hielo ok bueno pues qué es lo que va a pasar y ojo no todos los sólidos son hielo aunque podrías pensar una piedra con magma sólida porque eso es lo que es podría tomar esta analogía a un montón de formas diferentes pero lo interesante es lo que ocurre a 20 grados si vamos en esta dirección o en la dirección contraria es decir si estamos en el punto de congelación del agua o en el punto de fusión del hielo bueno algo interesante ocurre en este momento puedo añadir más calor pero la temperatura no sube por un periodo pequeño por un periodo corto la temperatura se mantiene constante hasta llegar a este punto de aquí y luego mientras la temperatura es constante se mantiene en un sentido sólido el sólido se va derritiendo y justo aquí es donde se convierte en un estado líquido es decir se estaba derritiendo todo este tiempo es la mejor forma de pensar sobre ello y ahora cuando estamos en este punto bueno pues entonces ahora nuestro líquido va a obtener más y más calor es decir va a empezar a aumentar nuestra temperatura hasta llegar a a más o menos por acá el líquido se empieza a calentar demasiado bueno y ahora que otra temperatura se vuelve interesante de nuevo para el agua si llegamos a este punto de aquí y déjame ponerlo con este color ahora llegamos a este nuevo punto de aquí bueno este valor de aquí nos va a dar los 100 grados celsius o 373 que bien y como estamos más familiarizados con los celsius lo pondré así ok en este punto de aquí y bueno qué ocurre esta es la temperatura a la cual el agua se vaporiza o en la cual el agua hervida pero realmente están consiguiendo energía cinética mente activa y justo igual que cuando fuiste de sólido a líquido hay una cierta cantidad de energía que necesitas agregar al sistema y de hecho es una buena cantidad de energía cinética en este punto vamos a ponerlo así tengo ahora una gran cantidad de pasto por acá de energía cinética a la cual le vamos a agregar a este punto hasta llegar aquí justo aquí estamos pasando del estado líquido al estado gaseoso en donde el agua se está convirtiendo en vapor pero ojo no se está poniendo más caliente pero ojo no está aumentando nuestra temperatura notamos que la temperatura no subió y hablaremos de esto en un momento sobre qué es lo que está pasando aquí ahora finalmente después de este punto el agua está completamente vaporizada ya que estamos en vapor podemos seguir calentando y calentando y déjame ponerlo con un nuevo color aun con este de aquí podemos seguir calentando y calentando todo esto así que la pregunta interesante de todo esto es que está pasando justo aquí y bueno es que pero de esta manera aquí estamos aumentando una cierta cantidad de calor y nuestra temperatura está aumentando por aquí estábamos convirtiendo nuestro calor en energía cinética la temperatura es la energía cinética media pero aquí justo aquí que es lo que está pasando estamos aumentando nuestra cantidad de calor pero no estamos agregando energía cinética al sistema la temperatura no está en incremento por lo tanto el hielo solamente va a pasar de estado sólido a agua líquida así que lo que estaba pasando en este estado y para eso déjame subir de nuevo a toda esta pantalla porque quiero que te fijes en el estado sólido lo que va a pasar justo en este momento y estamos justo por aquí es que la energía cinética el calor está siendo utilizado para romper estos enlaces vamos a quitar cada uno de estos enlaces y esencialmente trae las moléculas a un estado de energía más alto así que si dices sal que significa un estado de energía más alto bueno lo que pasa es lo siguiente si no hubiera existido todo este calor y toda esta energía cinética entonces estas moléculas seguirían tendiendo a estar muy cerca de las unas de las otras te voy a dar un ejemplo quiero estar siempre muy cerca de la superficie de la tierra pero ahora cuando me pones en un precipicio tienes que ponerme en un estado de energía superior porque tengo mucha más energía potencial el potencial para caer hasta la tierra de igual manera cuando mueves estas moléculas aparte y vas de un estado sólido a un estado líquido quieren caer la una hacia la otra pero cuando tu aumentas la energía cinética no son capaces de hacerlo y entonces su energía sube y se rompen estos enlaces y en teoría podría haber algo de trabajo aquí así que lo que pasa aquí es que cuando aportamos calor y bueno si ahora regresamos justo hasta acá abajo ok vamos a regresar a este diagrama que tengo aquí bueno pues ahora date cuenta que lo que está pasando justo en este momento en este momento que era lo que nosotros nos preguntábamos es que estamos aportando calor pero esta cantidad de calor que estamos aportando que por cierto que por cierto se llama calor de fusión y déjame ponerlo con este nuevo color a este de aquí es el am y déjame ponerlo aquí si todo esto de aquí hasta acá y así estoy aquí es lo que se le conoce como el calor de de fusión fusión justo este esto es porque es la misma cantidad de calor independientemente de en cuál dirección vayamos cuando vamos de sólido a líquido ves esto como un calor de fusión cierto es el calor que necesitas para poder derretir el hielo y convertirlo al líquido cuando estás yendo en esta dirección en dirección contraria es el calor que tienes que sacar del agua a cero grados para convertirla en hielo así que estás tomando esa energía potencial y estás trayendo a las moléculas cada vez más cerca las unas a las otras eso sí vamos en esta dirección y bueno es más lo puedes pensar de la siguiente manera podrías pensar que de aquí desde aquí hasta acá hasta que a justo hasta que todo esté este calor se está convirtiendo en energía cinética pero cuando llegamos a este punto y estamos de aquí a acá lo que está pasando es que el calor lo vamos a invertir en energía potencial es justo cuando tenemos de fase de sólido a líquido este calor está siendo utilizado para agregar más energía potenciar el sistema es decir para apartar las moléculas si me aparta semi de la tierra me estás dando energía potencial porque la gravedad me quiere tirar de nuevo a la tierra e inclusive podría ser trabajo cuando estoy cayendo de nuevo la tierra una cascada por ejemplo hace trabajo puede mover una turbina podrías tener un montón de personas que serían en salman khan cayendo también y moviendo una turbina entonces una vez que esté completamente líquido justo aquí ahora el calor una vez más está siendo utilizado para tener energía cinética que es toda esta parte de aquí y de nuevo llegamos a un punto que es este punto de aquí en el cual las moléculas quieren desvincularse por completo el uno del otro y recuérdalo lo teníamos justo acá arriba aquí las moléculas se quieren alejar cada vez más las unas de las otras y entonces llegamos a este nuevo punto y en este nuevo punto es lo que se conoce como el calor de vaporización y déjame ponerlo con este color aquí tenemos ahora nuestro calor calor de vaporización de vapor y la acción porque en este punto está ocurriendo la misma idea antes nos deslizamos uno junto al otro ahora nos estamos separando por completo y bueno ahora que llegamos justo a este punto ahora de aquí acá de nuevo estamos agregando energía cinética lo cual lo podemos ver como que estamos calentando cada vez más el vapor y ahora el agua que está en estado gaseoso solo se está poniendo más y más y más caliente pero lo interesante aquí o al menos lo que a mí me pareció más interesante cuando aprendí esto por primera vez es que siempre que pienso el agua a cero grados voy a decir oh debo de tener hielo pero recuerda no necesariamente es el caso si empiezas con agua y las escasas es más fría a cero grados esencialmente estás tomando calor fuera del agua puedes tener agua a cero grados y que todavía no se haya convertido en hielo y eso es muy importante estaríamos justo aquí y de la misma forma podrías tener agua a 100 grados que no se haya convertido en vapor todavía tienes que agregar más energía como también puedes tener 0 grados de agua de cualquier modo espero que esto te dé un poco más intuición sobre cuáles son los diferentes estados de la materia que hay y en el próximo vídeo hablaremos sobre la cantidad de calor exacto que hace falta para avanzar en esta línea y tal vez podemos resolver algunos problemas de cuánto hielo es posible que necesitemos para hacer nuestra bebida un poco más fría