FUNDAMENTO TEÓRICO

Cambios de fase

Muchas propiedades importantes de los líquidos y sólidos tienen que ver con la facilidad con la que cambian de un estado a otro. Todos hemos visto ejemplos de tales cambios. Si dejamos el agua en un vaso destapado durante varios días se evapora. Un cubo de hielo que se deja en una habitación tibia pronto se derrite. El CO2 sólido (hielo seco) se sublima a temperatura ambiente; es decir, pasa directamente del estado sólido al de vapor. En general, todo estado de la materia puede cambiar a cualquiera de los otros estados. En la figura N°1 se muestran estos cambios.

Fig. 1

Cambios de energía que acompañan a los cambios de fase

Cada cambio de fase va acompañado por un cambio en la energía del sistema. Siempre que un cambio de fase implica pasar a un estado menos ordenado, es preciso proporcionar energía para vencer las fuerzas intermoleculares. Así, se necesita energía para fundir un sólido. Hay que vencer las fuerzas de atracción que mantienen a las partículas en posiciones fijas dentro del sólido para formar el liquido. Por lo mismo, la vaporización requiere energía. Hay que vencer las fuerzas que mantienen a las moléculas juntas en el liquido para formar el gas. La sublimación también requiere energía. Al aumentar la intensidad de las fuerzas intermoleculares, también aumenta la cantidad de energía necesaria para causar un cambio de fase.

El proceso por el cual un sólido se convierte en liquido se llama fusión; por tanto, el cambio de entalpía asociado a la fusión de un sólido se denomina entalpía de fusión o calor de fusión, que denotamos con ΔH fus. El calor de fusión del hielo es de 6.01KJ/mol. El calor requerido para vaporizar un liquido es su calor de vaporización (o entalpía de vaporización), denotado por ΔHvap. El calor de vaporización del agua es de 40.67KJ/mol. Observe que el calor de fusión es más pequeño que el calor de vaporización. Se requiere menos

energía para permitir a las moléculas que se muevan unas respecto a otras que para separarlas totalmente.

El efecto de enfriamiento que acompaña a la vaporización se hace evidente cuando salimos de una alberca. Al evaporarse el agua de nuestra piel, extrae calor de nuestro cuerpo. La evaporación de agua por el sudor mantiene nuestro cuerpo fresco en los días calientes y durante un ejercicio intenso. Los refrigeradores también aprovechan el efecto de enfriamiento que acompaña a la vaporización. Su mecanismo contiene un gas encerrado, como freón-12 (CCl2F2), que se puede licuar bajo presión. El freón absorbe calor al evaporarse, y enfría el interior del refrigerado. Luego el vapor de freón pasa a un compresor, donde vuelve a licuarse.

Dado que fusión, vaporización y sublimación son procesos endotérmicos, los procesos inversos (congelación, condensación y deposición) son exotérmicos. Es por ello que el vapor de agua puede causar quemaduras graves. Cuando el vapor entra en contacto con la piel, se condensa y libera una cantidad considerable de calor.