Gran pregunta! Para el caso, a cualquier temperatura dada (por ejemplo, temperatura ambiente) ¿por qué TODAS las sustancias no están en la misma fase? ¿Por qué el agua es líquida a temperatura ambiente, mientras que el oxígeno es un gas y tanto el sodio como el aluminio son sólidos?
Primero, comprenda que la energía térmica es energía cinética (movimiento) a nivel molecular. La temperatura mide el calor. Entonces, cuando “calientas algo”, estás agregando energía térmica y aumentando el movimiento de los átomos.
A continuación, ¿qué es un sólido ?
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Es una sustancia donde los átomos están “pegados” juntos . Como muestra la imagen de arriba, los átomos TODAVÍA ESTÁN MOVIENDO, pero están “vibrando en su lugar”.
Pero, ¿por qué están pegados, en estado sólido, en lugar de existir como un gas o líquido?
IDEA CRÍTICA: Porque TODAS las moléculas se atraen entre sí . Esta atracción entre moléculas o átomos se llama “atracción intermolecular” o fuerzas intermoleculares (FMI).
En un sólido, esta atracción supera la energía de los átomos, y se mantienen unidos . Los átomos no pueden “escapar” de su atracción mutua, y todos están dispuestos de modo que estén lo más cerca posible el uno del otro. Mientras la atracción “gane” y supere la energía cinética de los átomos, la sustancia permanece sólida. Pero, si aumenta la energía cinética (¡calor!), La sustancia se derrite …
Cuando el sólido se derrite , ¿qué está pasando?
Los átomos de arriba todavía se tocan entre sí, no han podido liberarse por completo de su atracción, pero son “más flojos”. La distancia promedio entre los átomos ha aumentado debido al aumento de la energía cinética (¡calor!) De los átomos. La atracción intermolecular TODAVÍA ESTÁ AQUÍ , pero el aumento del calor ahora está comenzando a “ganar” y superar esa atracción.
Cuando una sustancia comienza a hervir , es la misma situación, pero llevada al extremo. Los átomos tienen TANTA energía cinética que escapan COMPLETAMENTE de la atracción hacia los otros átomos y salen volando hacia el espacio.
Entonces, ¿por qué las diferentes sustancias tienen diferentes puntos de fusión / ebullición? es porque los puntos fuertes de esa atracción intermolecular son diferentes entre las sustancias.
Las razones para esto son complicadas, pero básicamente, los electrones tienen mucho que ver con eso. Más electrones son más fácilmente “compartidos” (gran nube de electrones polarizables), lo que aumenta la atracción. Si los electrones en una molécula están dispuestos de manera que un átomo sea polar, esto aumenta el FMI. Busque “fuerzas intermoleculares” para obtener más información.
Además, entra en juego la masa atómica: cuanto más grande es un átomo, más energía se necesita para fundirlo o hervirlo. Piensa en patear una pelota de playa contra una bola de boliche. O dos pares de botes que están unidos. Todos los barcos tienen motores idénticos y están atados con cuerdas idénticas. Pero un par de botes son ENORMES, con una masa muy alta. ¿Qué par de botes romperán la cuerda primero? Los más ligeros. Los elementos con mayor masa requieren más energía (¡más calor, mayor temperatura!) Para aflojar sus fuerzas intermoleculares y derretirse, o para romper la atracción intermolecular por completo, en el caso de ebullición.
TLDR: el sodio tiene un punto de fusión más bajo que el aluminio porque el sodio tiene una atracción intermolecular más débil y una masa atómica más baja.