Cambio de Fase

Leyes del cambio de fase

• Durante el cambio de fase, la temperatura del elemento permanece constante.
• A una determinada presión, la temperatura a la que se produce el cambio de fase (punto crítico) tiene un valor bien determinado para cada sustancia.
• El calor aplicado a un elemento en el punto crítico para cambiar su estado es el mismo que para revertirlo

En la naturaleza existen tres estados usuales de la materia : sólido, líquido y gaseoso. Al aplicarle calor a una sustancia, ésta puede cambiar de un estado a otro. A estos procesos se les conoce como Cambios de Fase. Los posibles cambios de fase son:

1. de estado sólido a líquido, llamado fusión

.- Un glacial el cual se "derrite" por efecto del calor

2. de estado líquido a sólido, llamado solidificación

.-Proceso donde el agua se "convierte" en cubitos de hielo

3. de estado líquido a gaseoso, llamado evaporación o vaporización

.- Una tetera hirviendo

4. de estado gaseoso a líquido, llamado condensación

.- El vapor de agua se "transfornçma" en gotitas al hacer contacto con una superficie fría

5. de estado sólido a gaseoso, llamado sublimación progresiva

6. de estado gaseoso a sólido, llamado sublimación regresiva.

La energía térmica perdida o ganada por los objetos se llama calor. El calor es otra forma de energía que puede medirse solo en función del efecto que produce. El trabajo mecánico puede convertirse en calor.

Para medir el calor se emplean las siguientes unidades:

• Caloría: es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua.
• Kilocaloría: cantidad necesaria para elevar en un grado Celsius un kilogramo de agua.
• Joule: cantidad de energía requerida para elevar la temperatura de un kilogramo de sustancia en 100 grados Kelvin

La diferencia entre calor y temperatura es que el calor depende de la masa y la temperatura no, ya que la temperatura es la medida del promedio de las energías cinéticas de las moléculas y el calor es la suma de las energías cinéticas de las moléculas.

Cuando una sustancia absorbe una cantidad dada de calor, la velocidad de sus moléculas se incrementa y su temperatura se eleva. Sin embargo, ocurren ciertos fenómenos curiosos cuando un sólido se funde o un líquido hierve. Enstos casos la temperatura permanece constante hasta que todo el sólido se funde o hasta que todo el líquido pase a fase vapor.

Si cierta cantidad de hielo se toma de un congelador a -20º C y se calienta, su temperatura se incrementa gradualmente hasta que el hielo comience a fundirse a 0º C ; durante el proceso de fusión permanece constante, hasta que todo el hielo pase a agua.

Una vez que el hielo se funde la temperatura comienza a elevarse otra vez con una velocidad uniforme hasta que el agua empiece a hervir a 100º C, durante el proceso de vaporización la temperatura permanece constante, si el vapor de agua se almacena y se continúa el calentamiento hasta que toda el agua se evapore de nuevo la temperatura comenzará a elevarse.

Nicolás Vergara M.

Daniela Medina S.

Mª Patricia Romante.

Kerla Rodriguez.

Cambios de fase
Se denomina cambios de fase a variaciones bruscas en alguna propiedad de un material que ocurran a una temperatura bien definida. El ejemplo más usual de cambios de fase es el paso de un material entre sus estados sólido, líquido y gaseoso. Otros ejemplos de cambios de fase son el paso de una estructura cristalina a otra en hielo a distintas presiones, la propiedad magnética adquirida o perdida por algunos materiales a ciertas temperaturas, y la pérdida de la resistencia eléctrica a muy bajas temperaturas (superconductividad) en el caso de algunos materiales.
Para el caso de los cambios de estado sólido, líquido y gaseoso en un material, la temperatura a que ocurre el cambio depende de la presión a que esté sometido el material. Por ejemplo, el agua pasa de estado líquido a gaseoso, es decir, hierve a más de 100ºC si la presión es mayor que la atmosférica, y a menos de esa temperatura si la presión es menor que la atmosférica. Tal vez sorprenda enterarse que en las chimeneas submarinas la mezcla agua líquida-vapor de agua emana a más de 300ºC. Pero la temperatura del agua que sale no es sorprendente si se razona que a algunos kilómetros de profundidad la presión del agua es del orden de varios cientos de atmósferas, así que el agua hierve a temperaturas bastante por encima de 100ºC.

Usualmente se llama fusión al paso de un material de fase sólida a líquida (y solidificación al paso contrario), y vaporización al paso de fase líquida a la gaseosa (y licuación al paso contrario). A presiones relativamente bajas es posible pasar directamente un cuerpo de fase sólida a la gaseosa, sin pasar por la fase líquida. Este proceso es llamado sublimación.

Calor latente
Si un cuerpo está a la temperatura a la que ocurre un cambio de estado, todo el calor que reciba o que pierda el cuerpo se ocupa en el cambio de estado, y nada se ocupa en cambiar la temperatura del cuerpo. Por ejemplo, si cierta cantidad de hielo a 0ºC (y a presión atmosférica) está recibiendo calor, todo ese calor se ocupa en derretir el hielo, es decir, hacer que el agua pase de estado sólido a estado líquido, y, mientras quede hielo, aun en cantidades pequeñísimas, el agua no aumentará su temperatura. Distinto sería el caso que el hielo esté originalmente a -10ºC, por ejemplo. En ese caso, si el cuerpo recibe calor en forma continua, el calor que reciba el hielo al comienzo se ocupará en llevar su temperatura de -10ºC a 0ºC. Luego, el calor se ocupará en pasar el hielo a agua líquida. Luego, el calor se ocupará en aumentar la temperatura del agua líquida. Si el cuerpo sigue recibiendo calor, el agua líquida llegará a 100ºC. El calor que siga recibiendo se ocupará en transformar el agua líquida en vapor de agua. Una vez que todo el agua líquida esté en fase gaseosa, el calor que el agua siga recibiendo será ocupado en aumentar la temperatura del vapor de agua.