Física de primaria y secundaria · Grades 1–9
9Hielo, agua, vapor
La misma agua que tintinea en tu vaso hecha cubito se sirve como bebida y sube de la olla de la sopa como un penacho blanco. Una sola sustancia, tres estados. El año pasado vimos cómo el calor derretía un cubito de hielo; este año conocemos los tres estados de la materia que el agua puede tomar.
9.1 Los tres estados del agua
Ejemplo 9.1 (Dónde vive cada estado)
El agua puede estar en tres estados de la materia. Sólido: el hielo — cubitos, carámbanos bajo el tejado, escarcha en la hierba, nieve. Un sólido es duro y mantiene su forma. Líquido: el agua que se vierte — la lluvia, los ríos, el mar, tu vaso. Un líquido corre y toma la forma del recipiente. Gas: el vapor de agua, agua que vuela invisible por el aire. Sólido, líquido, gas — pero por debajo siempre la misma sustancia.
Observación 9.2 (El vapor de agua es invisible)
El penacho blanco que ves sobre la olla está hecho de gotitas de agua flotando — gotitas de líquido. ¡El gas de verdad — el vapor de agua mezclado con el aire — no se ve en absoluto! Fíjate bien en el pitorro de la olla: justo encima hay un pequeño hueco transparente antes de que empiece el penacho blanco. En ese hueco el agua es un gas, invisible; un poco más arriba se junta y forma las gotitas que sí ves. Hay vapor de agua invisible escondido en el aire de todas las habitaciones, y antes de que acabe el capítulo lo pillaremos con las manos en la masa.
9.2 Cambiar de estado
Definición 9.3 (Derretirse y congelarse)
Cuando el calor convierte el hielo sólido en agua líquida, el hielo se derrite. Cuando el frío fuerte convierte el agua líquida en sólido, el agua se congela. Derretirse y congelarse son dos puertas opuestas entre los mismos dos estados: el calor empuja hacia un lado y el frío hacia el otro.
Definición 9.4 (Evaporarse y condensarse)
Cuando el calor hace que el agua líquida salga volando al aire hecha gas, el agua se evapora — el charco encoge, la ropa se seca. Cuando el vapor de agua toca algo frío y vuelve a convertirse en gotitas líquidas, se condensa — el vaho en la ventana fría, la niebla en el espejo del baño. Otra vez dos puertas opuestas: el calor manda el agua al estado de gas y el frío la llama de vuelta al líquido.
Ejemplo 9.5 (Pruébalo: atrapa el agua invisible)
Saca una lata o un vaso del frigorífico, sécalos bien por fuera con un paño y ponlos sobre la mesa. Espera mientras cuentas hasta . El exterior se empaña y después se moja — ¡aparecen gotas de la nada! No se están colando a través del vidrio: el vapor de agua invisible del aire de la habitación ha tocado la pared fría y se ha condensado. Acabas de atrapar el gas invisible.
Ejemplo 9.6 (Nubes de aliento)
Tu aliento lleva siempre vapor de agua invisible. Un día templado sigue siendo invisible. Una mañana helada, el aire frío de la calle lo condensa enseguida en una nubecilla delante de tu boca — y lo mismo pasa en una ventana fría cuando echas el aliento para dibujar con el dedo.
Observación 9.7 (Vapor y fogones: mucho cuidado)
El vapor de agua que hay encima de una olla hirviendo quema muchísimo — más de lo que parece al notar el agua. No metas nunca la mano en el penacho y levanta las tapas apartándolas de ti, siempre con una persona adulta al lado. Los cambios de estado son para mirarlos, no para tocarlos, siempre que haya un fogón de por medio.
9.3 La misma agua, vuelta y vuelta
Ejemplo 9.8 (El charco que encoge)
Después de la lluvia, un charco brilla en el patio. Por la tarde ha encogido; mañana ya no estará. Nadie se lo ha bebido y no se ha colado por el asfalto: el calor del Sol lo hizo evaporarse, gota a gota, hacia el aire. Dibuja con tiza una raya alrededor de un charco por la mañana y compruébalo después de comer: el agua se ha retirado hacia dentro de tu raya.
Ejemplo 9.9 (Del mar a la lluvia)
Lo que se evapora tiene que condensarse en alguna parte. El agua sale volando de los mares y de los charcos, invisible; allá arriba en el cielo, donde el aire está frío, se condensa en las gotitas que forman las nubes; las gotitas se juntan, se hacen pesadas y caen — ¡lluvia! La lluvia llena los charcos y los mares, y el viaje de ida y vuelta empieza otra vez. El agua de tu vaso ha hecho este viaje más veces de las que nadie puede contar.
9.4 Ejercicios
Ejercicio 9.1 ★
¿En qué estado de la materia está cada una de estas cosas: sólido, líquido o gas: un carámbano; el mar; el agua invisible justo encima del pitorro de la olla; la escarcha de la hierba; la lluvia?
Solución
Solución de Ejercicio 9.1.
Carámbano: sólido. El mar: líquido. El agua invisible sobre el pitorro: gas (vapor de agua). Escarcha: sólido. Lluvia: líquido.
Ejercicio 9.2 ★
Nombra el cambio de estado: un muñeco de nieve que encoge al sol; un charco que desaparece; el vaho que aparece en el espejo del baño; un estanque que se pone duro en invierno.
Solución
Solución de Ejercicio 9.2.
El muñeco de nieve se derrite; el charco se evapora; el vaho del espejo se condensa; el estanque se congela.
Ejercicio 9.3 ★
En el dibujo de los cambios de estado, ¿hacia dónde empuja siempre el calor: hacia el sólido o hacia el gas? ¿Y el frío?
Solución
Solución de Ejercicio 9.3.
El calor empuja hacia el gas (de sólido a líquido y de líquido a gas); el frío empuja de vuelta hacia el sólido (de gas a líquido y de líquido a sólido).
Ejercicio 9.4 ★
Las gotas de la lata fría del Ejemplo 9.5, ¿se han colado a través del vidrio? ¿De dónde han salido?
Solución
Solución de Ejercicio 9.4.
No — el vidrio no deja pasar el agua. El vapor de agua invisible del aire de la habitación se condensó en la pared fría de la lata y se convirtió en gotas visibles.
Ejercicio 9.5 ★
¿Por qué se ve tu aliento una mañana helada y no un día templado? Usa las palabras de la Definición 9.4.
Solución
Solución de Ejercicio 9.5.
El aliento lleva siempre vapor de agua invisible. El aire helado lo condensa enseguida en gotitas — una nube que sí se ve. El aire templado lo deja evaporado, así que no hay nada que ver.
Ejercicio 9.6 ★
La ropa mojada se seca antes al sol que a la sombra. ¿Qué cambio de estado está trabajando y qué añade el Sol para acelerarlo?
Solución
Solución de Ejercicio 9.6.
La evaporación. El Sol añade calor, y el calor es lo que manda el agua al aire en estado de gas más deprisa.
Ejercicio 9.7 ★
¿Por qué es peligroso el penacho que hay sobre una olla hirviendo y cuál es la regla de seguridad de la Observación 9.7?
Solución
Solución de Ejercicio 9.7.
El penacho quema muchísimo — más que el agua caliente del baño. La regla: no meter nunca la mano en el penacho, levantar las tapas apartándolas de uno y hacerlo solo con una persona adulta al lado.
Ejercicio 9.8 ★
Cuenta el viaje de ida y vuelta de una gota de lluvia: empieza en el mar, acaba otra vez en el mar y usa por el camino las palabras evaporarse y condensarse.
Solución
Solución de Ejercicio 9.8.
El Sol calienta el mar y parte del agua se evapora y sale volando, invisible. Allá arriba, con el frío, se condensa en las gotitas de las nubes. Las gotitas se hacen pesadas y caen en forma de lluvia, que vuelve corriendo al mar — lista para dar otra vuelta.
Ejercicio 9.9 ★★
En el pitorro de la olla hay un hueco transparente, y solo por encima empieza el penacho blanco. ¿Qué hay en el hueco transparente? ¿Qué demuestra esto sobre el agua en estado de gas?
Solución
Solución de Ejercicio 9.9.
En el hueco transparente hay agua en estado de gas — vapor de agua, invisible. Solo un poco más arriba, el aire que se enfría lo condensa en las gotitas blancas del penacho. Así que el “vapor” de verdad no se ve; lo blanco que llamamos vapor ya son gotitas de agua líquida.
Ejercicio 9.10 ★★
Nino deja un vaso de agua en el alféizar una semana; el nivel baja día tras día, aunque nadie se lo bebe. Acusan al gato. Defiende al gato: explica lo que ha pasado en realidad e inventa una manera de demostrar que el agua se va al aire y no al gato.
Solución
Solución de Ejercicio 9.10.
El agua se evaporó hacia el aire de la habitación, un poquito cada día. Para dejar limpio al gato: se tapa un vaso idéntico con un plato o con film de plástico y se dejan los dos uno al lado del otro. Al cabo de una semana el vaso tapado sigue lleno y el destapado ha bajado — el agua se escapa al aire, y ningún gato bebe a través de una tapa.