Estados de agregación y cambios de fase en la vida diaria

Esta lección es parte de Temario de Ciencias de Térraba (Sétimo año) Lección 11 de 19

Por Andrea del Carmen actualizado el 29 de octubre de 2026 11 min de lectura

Piensa en una mañana cualquiera: sacas cubitos de hielo del congelador, el café recién chorreado echa vapor, el vidrio del bus se empaña con la respiración de la gente y la ropa tendida se seca al sol. En todos esos casos el agua es la misma sustancia, pero cambia entre los estados de agregación: pasa de sólido a líquido, de líquido a gas o de gas a líquido.

En esta lección vas a distinguir los estados de agregación de la materia —sólido, líquido, gas, plasma y condensado de Bose-Einstein—, a nombrar los seis cambios de fase y a reconocerlos en la vida diaria, en el ciclo del agua y en la industria.

Definición

Los estados de agregación son las formas en que se presenta la materia según cómo se ordenan y se mueven sus partículas. Un cambio de fase o cambio de estado es el paso de una sustancia de un estado a otro, como cuando el hielo se derrite. Es un cambio físico: el agua líquida, el hielo y el vapor son la misma sustancia.

Sólido, líquido y gas#

El libro de texto gratuito Química 2ed (OpenStax) resume los tres estados más comunes en la Tierra por su forma y su volumen. La última columna explica la diferencia con el modelo de partículas:

Estado	Forma	Volumen	Cómo están sus partículas
Sólido	Propia: es rígido	Propio	Muy juntas y en posiciones fijas; solo vibran en su lugar
Líquido	La del recipiente: fluye	Propio	Juntas, pero se deslizan unas sobre otras
Gas	La del recipiente	El del recipiente	Muy separadas y moviéndose en todas direcciones

¿Qué tan separadas quedan las partículas de un gas? Los datos del NIST para el agua a una atmósfera de presión lo muestran: a 99,974 °C, el agua líquida tiene una densidad de 958,37 kg/m³ y el vapor, de apenas 0,597 66 kg/m³.

Ejemplo. Con esos datos del NIST, ¿cuántas veces más espacio ocupa el vapor que la misma masa de agua líquida, ambos a la temperatura de ebullición?

Solución. Como la masa es la misma, el volumen es inversamente proporcional a la densidad. Se dividen las densidades: 958,37 ÷ 0,597 66 ≈ 1603,5. El vapor ocupa unas 1600 veces el volumen del líquido: un litro de agua que hierve hasta evaporarse por completo se convierte en unos 1600 litros de vapor. Por eso es peligroso calentar agua en un recipiente cerrado sin salida para el vapor, y las ollas de presión llevan una válvula.

Dos estados menos conocidos: el plasma y el condensado de Bose-Einstein#

El plasma#

La NASA presenta el plasma como el cuarto estado de la materia, después del sólido, el líquido y el gas. Se forma cuando las partículas reciben tanta energía que los electrones se separan de sus átomos: queda una mezcla de partículas con carga eléctrica, por lo que, a diferencia de un gas, el plasma conduce con facilidad la electricidad. En la Tierra es raro, pero según la NASA forma el 99,9 % del universo visible, incluidos el Sol y las demás estrellas. OpenStax añade ejemplos terrestres: los rayos de una tormenta y algunos instrumentos de laboratorio.

El condensado de Bose-Einstein#

En el otro extremo está el frío casi absoluto. Según el NIST, Albert Einstein predijo en 1924, a partir del trabajo de Satyendra Nath Bose, un estado en el que los átomos se funden en un «superátomo» que se comporta como una sola entidad. Se logró por primera vez el 5 de junio de 1995 en JILA, un instituto conjunto del NIST y la Universidad de Colorado en Boulder, con átomos de rubidio enfriados a unas pocas centenas de milmillonésimas de grado por encima del cero absoluto. Eric Cornell y Carl Wieman, que dirigieron ese trabajo, compartieron el Premio Nobel de Física de 2001 con Wolfgang Ketterle.

Ninguno de estos dos estados se puede producir en una cocina, pero muestran una idea importante: el estado de una sustancia depende de cuánta energía tienen sus partículas.

Los seis cambios de fase#

Al calentar o enfriar una sustancia, sus partículas ganan o pierden energía y puede cambiar de estado. El programa del MEP nombra seis cambios:

Cambio	De… a…	¿Absorbe o libera calor?	Ejemplo
Fusión	Sólido → líquido	Absorbe	Un helado que se derrite en la mano
Solidificación	Líquido → sólido	Libera	El agua de una cubetera que se vuelve hielo
Evaporación	Líquido → gas	Absorbe	La ropa mojada que se seca en el tendedero
Condensación	Gas → líquido	Libera	Las gotitas en el vidrio de un bus lleno de gente
Sublimación	Sólido → gas	Absorbe	El hielo seco que «humea» sin dejar charco
Sublimación inversa (deposición)	Gas → sólido	Libera	La escarcha que se forma sobre una superficie muy fría

Mientras una sustancia cambia de estado, su temperatura se mantiene constante, como explica OpenStax: la energía que recibe se usa en separar sus partículas y no en calentarla. Por eso, aunque la cocina siga encendida, el agua que hierve no pasa de su temperatura de ebullición.

Evaporar no es lo mismo que hervir#

La evaporación ocurre en la superficie del líquido y a cualquier temperatura: un charco se seca aunque no hierva. La ebullición ocurre en todo el líquido, con burbujas, a una temperatura que depende de la presión. A menor presión, el agua hierve a menos temperatura. OpenStax da el ejemplo de Leadville, una ciudad de Colorado (Estados Unidos) situada a 10 200 pies de altura, unos 3109 m: allí la presión típica es de 68 kPa y el agua hierve a unos 90 °C. Por eso la afirmación «el agua hierve a 100 °C» vale al nivel del mar.

¿Por qué el hielo seco no se derrite?#

El hielo seco es dióxido de carbono sólido. Según el NIST, el CO₂ solo puede existir como líquido a presiones mayores que la de su punto triple, que es de 5,185 bar, a una temperatura de 216,58 K. La presión del aire al nivel del mar es mucho menor, de una atmósfera (1,013 25 bar), así que el CO₂ sólido pasa directamente a gas. El hielo seco está tan frío que quema la piel: se manipula solo con guantes y bajo la supervisión de una persona adulta.

Ejemplo. Expresa la temperatura del punto triple del CO₂ (216,58 K) en grados Celsius y calcula cuántas veces es mayor su presión (5,185 bar) que una atmósfera (1,013 25 bar).

Solución. Temperatura: 216,58 − 273,15 = −56,57 °C. Presión: 5,185 ÷ 1,013 25 ≈ 5,12. Hay que comprimir el CO₂ a unas cinco veces la presión atmosférica para que pueda ser líquido; al aire libre, el hielo seco sublima.

El ciclo del agua: cambios de fase que purifican#

El ciclo hidrológico es una cadena de cambios de fase impulsada por la energía del Sol. El agua de mares, lagos y ríos se evapora; según el Servicio Geológico estadounidense (USGS), cerca del 90 % de la humedad de la atmósfera viene de esa evaporación. Al subir y enfriarse, el vapor se condensa en gotitas que forman las nubes, y vuelve a la superficie como lluvia o granizo.

En ese recorrido el agua se purifica de forma natural. Cuando el agua del mar se evapora, las sales disueltas no se van con el vapor: se quedan atrás. El USGS lo muestra con un uso práctico: una forma de producir sal de mesa es evaporar agua salada en estanques. Por eso la lluvia que cae sobre las montañas es agua dulce, aunque buena parte de ese vapor haya salido del océano. Después, al infiltrarse en el suelo, el agua atraviesa capas de tierra, arena y roca que retienen partículas, como un filtro gigante, antes de llegar a los acuíferos y a las nacientes.

La purificación natural tiene límites: la lluvia puede arrastrar contaminantes del aire, y el agua de una naciente o un pozo puede traer microorganismos o sustancias del suelo. Por eso el agua para beber se analiza y se trata antes de llegar a la casa.

Por qué importan los cambios de estado para la vida y la industria#

Evaporar agua consume mucha energía, y los seres vivos lo aprovechan. Cuando el sudor se evapora, como explica OpenStax, se lleva calor de la piel y se siente frío: así el cuerpo se refresca en un día caluroso o durante el ejercicio. Las tablas del NIST permiten ver cuánta energía es.

Ejemplo. Según el NIST, a una atmósfera, 1 kg de agua líquida a 99,974 °C tiene una entalpía de 419,06 kJ y 1 kg de vapor a esa misma temperatura, de 2675,5 kJ (medidas desde el agua a 0,01 °C). ¿Cuánta energía se necesita para evaporar 1 kg de agua que ya está hirviendo, y cuántas veces es eso la energía para calentarla desde 0,01 °C hasta que hierve?

Solución. Para evaporarla: 2675,5 − 419,06 = 2256,44 kJ. Para calentarla desde 0,01 °C hasta la ebullición hacen falta unos 419,06 kJ. La relación es 2256,44 ÷ 419,06 ≈ 5,4: evaporar un kilogramo de agua cuesta más de cinco veces lo que cuesta calentarlo hasta que hierve. Por eso el sudor que se evapora enfría tanto.

En la industria y en el campo los cambios de estado están en todas partes:

Fusión y solidificación: los metales se funden para verterlos en moldes, y al solidificarse toman la forma de piezas, varillas o láminas. El vidrio y muchos plásticos no se funden de golpe: se calientan hasta ablandarse, se les da forma y se dejan enfriar.
Evaporación: el café en grano se seca al sol o en secadoras, y para hacer tapa de dulce se hierve el jugo de caña hasta evaporar buena parte del agua.
Evaporación y condensación: en una refrigeradora, un líquido refrigerante se evapora dentro de los tubos del congelador y absorbe calor; afuera, en tubos que suelen estar atrás o abajo del aparato, se condensa y lo libera.
Condensación: en la destilación se evapora un líquido y luego se condensa el vapor para recogerlo más puro.

Ponte a prueba#

¿Qué diferencia hay entre la evaporación y la ebullición?#

Las dos son pasos de líquido a gas, pero la evaporación ocurre solo en la superficie del líquido y a cualquier temperatura, como cuando se seca un charco o la ropa tendida. La ebullición ocurre en todo el líquido, con burbujas de vapor que se forman adentro, y solo a la temperatura de ebullición, que depende de la presión: en una montaña alta el agua empieza a hervir antes de llegar a los 100 °C que alcanza en la costa.

¿Por qué el hielo seco pasa de sólido a gas sin formar un charco?#

Porque el dióxido de carbono solo puede ser líquido a presiones mayores que la de su punto triple, que según el NIST es de 5,185 bar. La presión del aire al nivel del mar es de una atmósfera, unos 1,013 bar, cinco veces menor. A esa presión el CO₂ sólido no se funde: sublima, es decir, pasa directamente a gas. Por eso se ve «humear» y desaparece sin mojar nada.

¿Cuántos kilojulios hacen falta para evaporar 3 kg de agua que ya está hirviendo a una atmósfera?#

Con los datos del NIST, evaporar 1 kg de agua a 99,974 °C requiere 2675,5 − 419,06 = 2256,44 kJ. Para 3 kg se multiplica por tres: 3 × 2256,44 = 6769,32 kJ, es decir, unos 6769 kJ. Es mucha energía: por eso una olla con agua tarda tanto en secarse aunque ya esté hirviendo, y por eso el sudor que se evapora enfría el cuerpo.

¿Qué es el condensado de Bose-Einstein y cuándo se obtuvo por primera vez?#

Es un estado de la materia que se forma a temperaturas cercanas al cero absoluto, en el que los átomos se funden en una especie de «superátomo» que se comporta como una sola entidad. Einstein lo predijo en 1924 a partir del trabajo de Bose. Según el NIST, se obtuvo por primera vez el 5 de junio de 1995, en JILA, con átomos de rubidio; por ese logro hubo un Premio Nobel de Física en 2001.

¿Cómo ayuda el ciclo del agua a purificarla de forma natural?#

Al evaporarse el agua de los mares, lagos y ríos, las sales y otras sustancias disueltas se quedan atrás, así que el vapor que forma las nubes es agua sin esas sales y la lluvia es agua dulce. Después, al infiltrarse, el agua pasa por capas de suelo, arena y roca que retienen partículas. Aun así, el agua para beber se analiza y se trata, porque puede arrastrar contaminantes o microorganismos.