Seguramente muchos de los lectores de estas líneas, habrán tenido la experiencia de calentar plomo en un sartén para ver el momento en que éste se derrite transformándose en un líquido.
En mi caso, esta experiencia fue frecuente pues mi padre tuvo una imprenta y yo de niño jugaba con los “tipos” que eran cubos de madera con los moldes de las letras de plomo adheridos a un lado de cada cubo.
Esta transición de sólido a líquido se da debido al incremento de temperatura y si se permite que el plomo fundido se enfríe, volverá a un estado de agregado sólido. Vemos que -a la misma presión- un cuerpo sólido se transforma en líquido al calentarse, y un líquido en sólido al enfriarse.
Para cada sustancia química, existe una cierta temperatura a la cual la sustancia cambia de un estado sólido a líquido, y también, de un estado líquido a un sólido. En el primer caso decimos que se produce la “fusión” y esta temperatura se denomina punto de fusión, y en el segundo caso se produce la “solidificación”.
Los experimentos han demostrado que el punto de fusión y el punto de solidificación coinciden para materiales iguales a la misma presión. Entre metales puros como por ejemplo el estaño, el plomo y el bismuto, éstos se funden a relativamente bajas temperaturas.
Por otra parte, las aleaciones (mezclas de dos o más metales) normalmente tienen un punto de fusión más bajo que el punto de fusión de los metales de los que se compone la aleación, por ejemplo, una aleación de zinc y plomo en partes iguales utilizada para soldadura blanda, se funde tan solo a 200 °C.
Decimos que la fase de un sistema termodinámico de la materia es una región donde sus propiedades físicas son uniformes. Sin embargo, durante una transición de fase ciertas propiedades del medio cambian, a menudo de manera discontinua, como resultado del cambio de alguna condición externa, como la temperatura, la presión u otras.
A modo de ejemplo, un líquido puede convertirse en gas al calentarse hasta el punto de ebullición, lo que resulta en un cambio abrupto en el volumen. La medición de las condiciones externas en las que se produce la transformación se denomina transición de fase.
Las transiciones de fase comúnmente ocurren en la naturaleza y se usan hoy en día en muchas tecnologías y aplicaciones.
El professor Kostya Trachenko de la Universidad de Londres en Inglaterra acaba de publicar un artículo con una teoría que explica a partir de procesos fundamentales las temperaturas de fusión de diferentes materiales (ver: K. Trachenko. Theory of melting lines. Physical Review E, 2024; 109 (3) DOI: 10.1103/PhysRevE.109.034122).
Este es un problema que tenía más de cien años sin haber sido resuelto. En la práctica, para conocer los puntos de fusión se debía recurrir a mediciones y tablas experimentales y de ingeniería pues no había una teoría formal que permitiera predecir estos puntos de fusión para diferentes materiales.
El resultado del profesor Trachenko es sorprendente pues nuestra comprensión de los tres estados básicos de la materia -sólido, líquido y gaseoso- se basaba en diagramas de fase de temperatura y presión.
Estos diagramas muestran las condiciones bajo las cuales cada estado existe, así como las diferentes líneas que los separan. Hasta ahora no había un modelo teórico para las transiciones entre sólido y líquido.