Cambios de estado 2º semestre 2011

Los tres estados de la materia son sólido líquido gaseoso la materia en un estado puede transformarse a cualquiera de los otros dos estados.

Transformaciones: cambios de fase

¿Cuáles son los cambios de energía que acompañan a los cambios de estado?

calor de vaporización (H vap)

¿Por qué el Hfus es menor que el H vap?

Este fenómeno lo aprovechan nuestros cuerpos para eliminar el exceso de calor. Sudamos, para evaporar el sudor se necesita sacar calor de algún lado, con esto el calor en exceso de nuestro cuerpo.

Los refrigeradores usan la evaporación de un gas El freón (CCl2F2) o el amoniaco (NH3) para eliminar el calor de dentro del congelador. El gas se condensa fuera del gabinete (generalmente un tubo embobinado) en un proceso en el cual se libera energía (el tubo embobinado se calienta)

Curvas de calentamiento

El calentamiento del hielo de -25 °C a +125 °C a presión constante (1 atm) exhibe las siguientes características: El calor consumido se usa para incrementar la temperatura del hielo (incrementando claro la energía cinética de las moléculas) pero el hielo no cambia de fase pues no es suficiente para vencer la fuerza de las interacciones intermoleculares (permanece sólido) Cuando la temperatura se aproxima a un punto crítico (es decir, la temperatura de fusión), la energía cinética de las moléculas es suficiente para permitirles a deslizarse unas con otras.

Una vez que el agua está en la fase líquida, Cuando el hielo comienza a fundir, el consumo adicional de energía calorífica no hace que la temperatura suba, sino que se emplea para vencer las atracciones intermoleculares durante el cambio de fase de sólido a líquido Una vez que el agua está en la fase líquida, se incrementa el consumo de calor el cual hace que la temperatura del agua vuelva a subir Cuando la temperatura se aproxima a otro punto crítico (temperatura de ebullición o de vaporización de la sustancia), la energía cinética de las moléculas ha crecido lo suficiente para permitir la separación de las moléculas pasando a la fase gaseosa

Una vez que el líquido empieza a hervir, el consumo adicional de calor no sube la temperatura del líquido, sino que se emplea para vencer las atracciones moleculares durante el cambio de fase de líquido a gas Con el agua en la fase gaseosa, el consumo de calor adicional sube la temperatura del vapor Se necesita mayor cantidad de energía para vaporizar el agua que para fundirla

Calentamiento del hielo, el agua y el vapor En la región de la curva donde no hay una transición de fase, simplemente se cambia la temperatura de una de las fases del agua (ya sea sólida, líquida o gaseosa) en función del consumo de energía calorífica La pendiente de la curva relaciona la temperatura con el consumo de calor Entre mayor sea la pendiente, mayor es el cambio de temperatura por unidad de energía calorífica consumida.

La cantidad de calor necesario para cambiar la temperatura de una sustancia es dado por el calor específico o capacidad calorífica molar Calor específico H2O(s) = 2.09 J/g K Calor específico H2O(l) = 4.18 J/g K Calor específico H2O(v) = 1.84 J/g K

En las regiones de la curva donde hay una transición de fase, el consumo de energía calorífica no incrementa la temperatura sino que se usa para romper las interacciones moleculares  Hfusión= 6.01 kJ/mol  Hvap = 40.67 kJ/mol