El Calor Y Las Transformaciones Del Estado Físico De La Materia 6i1w25

El calor y las transformaciones del estado físico de la materia Las transformaciones que se presentan en el estado físico de ja materia como consecuencia del calor son: a) Fusión. La fusión se presenta cuando una sustancia pasa de sólido a líquido, y se debe a que cuando a un sólido se le suministra calor, la energía cinética de sus moléculas se incrementa, es decir, aumenta su temperatura. Al aumentar la energía cinética de las moléculas, disminuye la fuerza de cohesión entre estas y el sólido cambia de estado a líquido. b) Solidificación. La solidificación es el cambio de estado de una sustancia al pasar de líquido a sólido. Cuando un líquido se solidifica, desprende una cantidad de calor igual a la absorbida para fundirse. c) Vaporización. La vaporización es el cambio de estado de agregación de una sustancia al pasar de líquido a gaseoso. Puede producirse por evaporación, que se presenta cuando un líquido se transforma en vapor sin necesidad de que el líquido alcance la temperatura de ebullición, y se efectúa sólo en la superficie del líquido; o bien, por ebullición, cuando se le suministra energía calorífica a un líquido por lo que a una determinada temperatura toda la masa de dicho líquido comienza a hervir, y se produce su cambio de estado de líquido a gaseoso, proceso que continúa mientras se le suministre calor y exista líquido. d) Sublimación. La sublimación es el cambio de estado en el que un sólido pasa a gaseoso sin pasar por el estado líquido o viceversa. Ejemplos de sustancias que presentan este cambio de estado son entre otras, el yodo el dióxido de carbono (CO2), comúnmente llamado hielo seco o nieve carbónica, mismo que se usa como refrigerante toda vez que reduce la temperatura, con lo cual se conservan alimentos y otras sustancias a bajas temperaturas mientras dura su sublimación. Calor latente Cuando una sustancia se funde o se evapora absorbe cierta cantidad de calor llamada calor latente, este término significa oculto, pues existe aunque no se incremente su temperatura ya que mientras dure la fusión o la evaporación de la sustancia no se registrará variación en la misma. En tanto, el calor sensible es aquel que al suministrarse a una sustancia eleva su temperatura. Calor latente de fusión y calor latente de solidificación Para que un sólido pase al estado líquido debe absorber la energía necesaria a fin de destruir las uniones entre sus moléculas. Por tanto, mientras dura la fusión no aumenta la temperatura. Ejemplo: para fundir el hielo o congelar el agua sin cambio en la temperatura se requiere un intercambio de 80 calorías por gramo. El calor requerido para este cambio en el estado físico del agua sin que exista variación en la temperatura, recibe el nombre de calor latente de fusión o simplemente calor de fusión del agua. Esto significa que si sacamos de un congelador, cuya temperatura es de -6 °C, un pedazo de hielo de masa igual a 100 g y lo ponemos a la intemperie, el calor existente en el ambiente elevará la temperatura del hielo, y al llegar a O °C y seguir recibiendo calor se comenzará a fundir. A partir de ese momento todo el calor recibido servirá para que 'a masa de hielo se transforme en agua. Como requiere 80 calorías por cada gramo, necesitará recibir 8 mil calorías del ambiente para fundirse totalmente. Cuando esto suceda, el agua se encontrará aún a O °C y su temperatura se incrementará sólo si continúa recibiendo calor, hasta igualar su temperatura con la del ambiente.

El calor latente de fusión es una propiedad característica de cada sustancia, pues según el material de que esté hecho el sólido, requerirá cierta cantidad de calor para fundirse. Por definición: el calor latente de fusión de una sustancia es la cantidad de calor que requiere ésta para cambiar 1 g de sólido a 1 g de líquido sin variar su temperatura.

Como lo contrario de la fusión es la solidificación, la cantidad de calor requerida por una sustancia para fundirse, es la misma que cede cuando se solidifica. Por tanto, respecto a una sustancia el calor latente de fusión es igual al calor latente de solidificación. En el cuadro 3.5 se dan algunos valores del calor latente de fusión para diferentes sustancias.

Calor latente de vaporización y calor latente de condensación A una presión determinada todo líquido calentado hierve a una temperatura fija que constituye su punto de ebullición. Éste se mantiene constante independientemente del calor suministrado al líquido, pues si se le aplica mayor cantidad de calor, habrá mayor desprendimiento de burbujas sin cambio en la temperatura del mismo. Cuando se produce la ebullición se forman abundantes burbujas en el seno (parte interna) del líquido, las cuales suben a la superficie desprendiendo vapor. Si se continúa calentando un líquido en ebullición, la temperatura ya no sube, esto provoca la disminución de la cantidad del líquido y aumenta la del vapor. Al medir la temperatura del líquido en ebullición y la del vapor se observa que ambos estados tienen la misma temperatura, es decir, coexisten en equilibrio termodinámico. A presión normal (1 atm = 760 mm de Hg), el agua ebulle y el vapor se condensa a 100 °C, a esta temperatura se le da el nombre de punto de ebullición del agua. Si se desea que el agua pase de líquido a vapor o viceversa sin variar su temperatura, necesita un intercambio de 540 calorías por cada gramo. Este calor necesario para cambiar de estado sin variar de temperatura se llama calor

latente de vaporización del agua o simplemente calor de vaporización. Por definición: el calor de vaporización de una sustancia es la cantidad de calor que requiere para cambiar 1 g de líquido en ebullición a 1 g de vapor, manteniendo constante su temperatura.

Cómo lo contrario de la evaporación es la condensación, la cantidad de calor requerido por una sustancia para evaporarse es igual a la que cede cuando se condensa, por tanto, respecto a una misma sustancia, el calor latente de vaporización es igual al calor latente de condensación. En el cuadro3.6 se citan algunos valores del calor latente de vaporización para diferentes sustancias.

Calor cedido y absorbido Cuando un cuerpo físico caliente se pone en o con uno frío, existe un desequilibrio térmico y, por tanto, se producirá una transferencia de calor del cuerpo caliente al frío hasta que igualan su temperatura. En un intercambio de calor, la cantidad del mismo permanece constante, pues el calor transmitido por uno o más objetos calientes será el que reciba uno o más objetos fríos. Esto da origen a la llamada ley de intercambio de calor que dice: en cualquier intercambio de calor efectuado, el calor cedido o perdido es igual al absorbido o ganado. En otras palabras:

Calorímetro de agua Cuando se realizan experimentos cuantitativos de intercambio de calor en el laboratorio, se deben evitar al máximo las pérdidas de éste, así nuestros cálculos serán confiables. Por elto, es común utilizar un calorímetro. El más usual es el de agua, eí cual consta de un recipiente externo de aluminio que en su interior tiene otro del mismo material, aislado con el propósito de evitar pérdidas de calor. Tiene además un agitador, un termómetro y una tapa (figura 3.26).

Por el llamado método de las mezclas, el calorímetro de agua posibilita determinar el calor específico de algunas sustancias; para ello, primero se le pone una masa determinada de agua a fin de conocer su temperatura. Después se determina la masa de la sustancia de la cual se va a calcular el calor específico y se calienta a una temperatura conocida (por ejemplo, se puede sumergir en agua previamente calentada a cierta temperatura), para evitar su enfriamiento se introduce inmediatamente en el agua del calorímetro y se agita hasta que la temperatura indicada en el termómetro no varíe; esto significa que existe un equilibrio térmico en todas las partes. Al medir el aumento de temperatura en el agua del calorímetro se puede calcular cuál fue la cantidad de calor cedido al agua y al recipiente interior por la sustancia, y encontrar finalmente el calor específico de la misma mediante la sustitución de datos en la fórmula respectiva.