Cambios de fase de sólido a sólido

Publicado el 6 de Febrero de 2025 | Física y Química

A partir de 2º de ESO tus estudiantes deberían estar familiarizados con los cambios de fase que ocurren en nuestra vida cotidiana. El agua hierve a 100 °C, un metal fundido se solidifica al enfriarse y el hielo seco sublima a temperatura ambiente. En estos ejemplos, los materiales pasan de un estado de agregación de la materia a otro variando el grado de órden molecular: de líquido a gas en el caso del agua, de líquido a sólido para el metal y de sólido a gas para el hielo seco.

Sin embargo, existen otros cambios de fase menos conocidos, donde un material cambia su estructura interna siendo inicial y finalmente un sólido. En estos procesos, los átomos se reordenan en una nueva disposición cristalina. Aunque estos cambios mantengan una cantidad de órden molecular similar pueden modificar drásticamente las propiedades de los materiales.

Uno de los ejemplos más conocidos de este fenómeno ocurre con el carbono. En condiciones normales, el carbono forma grafito como el que se usa en los lápices. Sin embargo, si se somete a altas presiones y temperaturas, los átomos de carbono se reordenan en una estructura cristalina completamente diferente formando diamante, una piedra preciosa con propiedades radicalmente distintas.

Otra aplicación sorprendente son los materiales termocrómicos, que cambian de color con la temperatura debido a transiciones sólido-sólido en su estructura interna. Estos materiales se usan en termómetros adhesivos, en las tazas que cambian de color con la temperatura e incluso en pijamas para bebés que cambian de color cuando tienen fiebre.

Aplicación en el aula

En esta ocasión te proponemos que muestres uno de los cambios de fase sólido-sólido más espectaculares y útiles: el que ocurre en las aleaciones con memoria de forma como el nitinol.

El nitinol es una aleación de níquel y titanio que puede cambiar entre dos fases sólidas: martensita y austenita con calor. A temperatura baja, el nitinol puede doblarse y moldearse con facilidad. Pero al calentarse, su estructura cambia de fase y el material vuelve a su forma original como si tuviera memoria.

Para visualizar este cambio de fase sólido-sólido en clase, necesitarás un trozo de alambre de nitinol, unas pinzas y un recipiente con agua caliente a más de 60 °C.

Te recomendamos que en lugar de alambre recto de nitinol compres clips de este material para mejorar el efecto.

Dobla el clip de nitinol de manera irregular, por ejemplo, como se muestra en la primera fotografía.

Coloca el alambre en el agua caliente y observa cómo vuelve a su forma original rápidamente tal y como se muestra en la segunda imagen.

A continuación, puedes nombrar algunas de las aplicaciones de este material, como por ejemplo:

● En ortodoncia, los alambres de nitinol en los brackets se ajustan automáticamente con la temperatura del cuerpo, reduciendo la necesidad de ajustes frecuentes.

● En medicina, se utilizan stents cardiovasculares hechos de nitinol que pueden comprimirse para ser insertados en arterias y luego expandirse dentro del cuerpo al calentarse.

● En ingeniería aeroespacial, el nitinol se emplea en antenas y mecanismos que pueden activarse con calor en lugar de con motores.

Para terminar la sesión, pídeles a tus estudiantes que piensen en otras aplicaciones posibles que les gustaría probar.

Por Lucía García