Cambios De Estdo De La Materia

Cambios de estado de la materia

Una misma sustancia puede presentarse en tres estados: sólido, líquido o gaseoso.

El estado en que se encuentra una sustancia está asociado con la energía térmica que posee.

Una sustancia puede cambiar de estado mediante una absorción o una liberación de calor; por ejemplo: de sólido a líquido (licuación - derretimiento) debe absorber calor; de líquido a gas (vaporización) debe absorber calor. Al contrario: de gas a líquido (condensación) debe liberar calor; de líquido a sólido (congelación - solidificación) debe liberar calor.

El proceso de cambio de estado se realiza a temperatura constante, por ejemplo: un trozo de hielo, al derretirse a la temperatura de fusión, mantiene la temperatura de 0°C (en forma de hielo y después en forma de líquido), en todo caso en este cambio de estado debe recibir una cantidad importante de calor, aquí la sustancia obedece a una característica conocida como calor latente de fusión, Cf, (el del hielo es de 334 J/gr). La misma agua, si se sigue calentando podrá evaporarse, al alcanzar la temperatura de vaporización (100°C a nivel del mar), pasará a vapor, después que se le entreguen 2.260 Joules de calor por cada gramo, este valor corresponde al calor latente de vaporización Cv.

Si el proceso fuera al revés del planteado, es decir; de líquido a sólido, la característica a usar de la materia sigue siendo el calor latente de fusión y, en el caso del paso de gas a líquido, sigue siendo el calor latente de vaporización.

En los procesos de cambio de estado, la energía que se añade (o quita) se usa para vencer las fuerzas de atracción de las partículas que componen la materia.

Situación general:

Si un cuerpo cambia de estado de sólido a gas, se pueden distinguir las siguientes fases:

a) Calor necesario para alcanzar la temperatura de fusión: Qa = mC t, C es el calor específico de la sustancia en estado sólido.

b) Calor necesario para cambiar de estado de sólido a líquido: Qb = mCf

c) Calor necesario para alcanzar la temperatura de vaporización: Qc = mC t, C es el calor específico de la sustancia en estado líquido.

d) Calor necesario para cambiar de estado de líquido a gas: Qd = mCv

e) Calor necesario para alcanzar la temperatura tf, en estado de gas: Qe = mC t, C es el calor específico de la sustancia en estado gaseoso.

El proceso inverso es idéntico, teniendo cuidado de cambiar la terminología usada.

Por cierto, en un cambio de estado no tienen porque darse todos los pasos señalados.

Algunos valores de calor latente de fusión y de ebullición:

Material Calor latente de fusión (106J/kg) Calor latente de ebullición (106J/kg) Calor específico

J/gr°C

Aluminio 0,400 12,30 0,92

Cobre 0,205 4,80 0,38

Hierro 0,275 6,29 0,45

Plomo 0,023 0,87 0,91

Mercurio 0,011 0,29 0,14

Tungsteno 0,192 4,35 -

Nitrógeno ------ 0,20 -

Oxígeno ------ 0,21 0,92

Agua 0,335 2,260 4,18

Alcohol etílico ------ 1,1 2,50

Ejercicio:

1.- Se tiene un trozo de hielo de 1 kg a una temperatura de -40 °C

a) ¿Cuánto calor se necesita para transformarlo a vapor de agua?

Se hacen todos los pasos del a) al d), y luego se suman los resultados parciales.

b) ¿Cuánto calor se necesita para transformar a vapor de agua sólo la mitad del hielo?. Considere que nunca se quita parte alguna del trozo de hielo inicial, ni siquiera cuando es agua.

En los siguientes ejercicios considere calor de fusión del agua 80 cal/gr y calor de vaporización 540 cal/gr.

2.- Hallar la temperatura resultante de la mezcla de 150 gr de hielo a 0°C y 300 gr de agua a 50°C. (6,7°C apx.)

3.- Hallar el calor que se debe extraer de 20 gr de vapor de agua a 100 °C para condensarlo y enfiarlo hasta 20 °C. (1,24x104 cal)

4.- Hallar el número de kilocalorías absorbidas por una nevera eléctrica al enfriar 3 kg de agua a 15 °C y transformarlos en hielo a 0 °C. (285 kcal)

5.- Un sistema físico está constituido por la mezcla de 500 gr de agua y 100 gr de hielo a la temperatura de equilibrio de 0 °C. Se introducen en este sistema 200 gr de vapor de agua a 100 °C. Hallar la temperatura final y la composición de la mezcla. (74 gr de vapor y 726 gr de agua, todo a 100 °C)

6.- Hallar la temperatura de la mezcla de 1 kg de hielo a 0 °C con 9 kg de agua a 50 °C. (37 °C)

7.- Calcular la cantidad de calor necesaria para transformar 10 gr de hielo a 0 °C en vapor a 100 °C. (7,2 kcal)

8.- Se hacen pasar 5 kg de vapor de agua a 100 °C por 250 kg de agua a 10 °C. Hallar la temperatura resultante. (23,25 °C)

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GASES

INTRODUCCIÓN

El estado gaseoso es un estado disperso de la materia, es decir , que las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho mayores del tamaño del diámetro real de las moléculas. Resuelta entonces, que el volumen ocupado por el gas ( V) depende de la presión (P), la temperatura (T) y de la cantidad o numero de moles ( n).

PROPIEDADES DE LOS GASES

Las propiedades de la materia en estado gaseoso son :

1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente.

2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión.

3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea.

4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.

• VARIABLES QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO DE LOS GASES

1. PRESIÓN :

Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente.

P = F ÷ A = Pascal

Presión (fuerza perpendicular a la superficie) (área donde se distribuye la fuerza ) = N/m2

P = F ÷ A

Presión ( dinas ) ( cm2 ) = dinas / cm2

Otras unidades usadas para la presión : gramos fuerza / cm2, libras / pulgadas2.

La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos que están en la superficie terrestre. Se origina del peso del aire que la forma. Mientras más alto se halle un cuerpo menos aire hay por encima de él, por consiguiente

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