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Los cambios de estado

Normalmente, conocemos la mayoría de las sustancias en unsolo estado físico. Por ejemplo, cuando hablamos del hierro pen-samos en un sólido; cuando hablamos del alcohol, en un líquido;y, si nos referimos al oxígeno, en un gas. En cambio, en el casodel agua, las distintas temperaturas de la superficie de la Tierrapermiten la coexistencia de los tres estados físicos: agua sólida ohielo, agua líquida y agua gaseosa o vapor de agua.

1. Los estados de la materia y sus cambios

2. Fusión y solidificación

3. Vaporización y licuación

4. Volatilización y sublimación

FQ2_U01-001-021.qxd:Unitat Model CCNN_OK 11/01/11 20:39 Página 4

Gas.

Líquido.

Sólido.

1. Los estados de la materia y sus cambios

La materia puede presentarse en nuestro planeta en tres formas o estados físi-cos: sólido, líquido y gaseoso. También existe un cuarto estado, el de plasma,que es el más abundante en el Universo.Las principales características de los estados sólido, líquido y gaseoso son lassiguientes:

1.1 Estado gaseoso

Los gases no tienen forma ni volumen propios, puesto que llenan totalmen-te el recipiente que los contiene. este debe estar cerrado, porque los gasesse expanden indefinidamente.

Los gases son muy compresibles. es decir, tienen la propiedad de disminuirsu volumen al aumentar la presión que se ejerce sobre ellos.

Fluyen con facilidad, por lo que pueden deslizarse por un conducto o esca-parse a través de un orificio pequeño.

1.2 Estado líquido

Los líquidos se adaptan a la forma del recipiente que los contiene y conser-van una superficie libre horizontal.

Los líquidos son difícilmente compresibles y, al igual que los gases, fluyen. a los gases y a los líquidos se los denomina fluidos.

1.3 Estado sólido

Los sólidos tienen una forma definida, un volumen propio y son rígidos. Un sólido es difícilmente compresible.

1.4 Cambios de estado

Cuando una sustancia pasa de un estado a otro se dice que cambia de esta-do. en el siguiente esquema, aparecen los nombres que reciben los distintoscambios de estado.

Para que un sólido se funda o un líquido se vaporice, es necesario que absor-ban energía, generalmente en forma de calor. Por el contrario, cuando un gaspasa a líquido y un líquido se solidifica, se desprende energía en forma de calor.

Los sólidos y los líquidos tienen en

común una densidad parecida,

mucho mayor que la de la misma

sustancia en estado gaseoso (excep-

to si el gas se encuentra sometido a

presiones muy elevadas).

La tendencia de los gases a expan-

dirse recibe el nombre de expansibili-

dad.

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1. Los cambios de estado

SóLIDoFusión

SolidificaciónLÍQUIDo gaSeoSo

Volatilización

Sublimación o cristalización

Vaporización

Condensacióno licuación


50

0 1

60

70

80

90

100

2 3 5 6 7 4

2. Fusión y solidificación

Observá la siguiente experiencia:

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EXPER I ENC IAA. Llenamos una cuarta parte de un tubo de ensayo grande con naftaleno en polvo. El naftaleno es una sustanciapura de color blanco (la naftalina usada como antipolillas es naftaleno impuro).El tubo de ensayo está provisto de un termómetro, de modo que el depósito queda en el interior del sólido. Acontinuación, lo calentamos al baño María. Cuando el termómetro marca unos 50 ºC empezamos a tomar nota,cada medio minuto, de las temperaturas. Anotamos también los cambios que observamos en el interior deltubo. Con los datos obtenidos, completamos el siguiente cuadro:

Representamos los datos obtenidos en un gráfico temperatura/tiempo.

B.El gráfico obtenido consta de tres partes.

a) Entre los minutos 0 y 3,5, el gráfico nos indica cómo aumenta latemperatura del sólido al ir calentándolo.

b) A 80 ºC, el naftaleno se funde y su temperatura no varía, pese aque sigamos calentándolo (minutos 3,5 a 5).

c) Cuando todo el sólido se ha fundido (minuto 5), al seguir calen-tando, la temperatura del líquido aumenta.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

7

50

55

60

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70

75

78

80

80

80

80

82

85

89

92

El tubo de ensayo contiene solo naftaleno

sólido.

El naftaleno empieza a fundirse.

El tubo de ensayo contiene una mezcla

de naftaleno sólido y líquido.

Todo el naftaleno se ha fundido.

La temperatura del líquido aumenta.

Tiempo/minutos Temperatura/ºC Observaciones

Calentar al baño María consiste en colo-car el recipiente que contiene la sustanciadentro de otro que tenga agua en con-tacto con el foco calorífico.

Temperatura––––––––––––

ºC

Tiempo––––––––

minEl gráfico nos indica la variación de la tempe-ratura en función del tiempo de calenta-miento.

Se llama fusión al paso del estado sólido al líquido. Se llama solidificación alpaso del estado líquido al sólido.


0

50

60

70

80

90

1 2 3 4 5

C.A continuación, retiramos el mechero y sustituimos el agua caliente delbaño María por agua bien fría. A intervalos de medio minuto, anotamoslas temperaturas y nuestras observaciones:

Observando la tabla, podemos comprobar cómo la temperatura delnaftaleno desciende y se estaciona de nuevo en el mismo valor ante-rior (80 ºC).

D.Elaboración del gráfico temperatura/tiempo.

Representamos los últimos datos obtenidos en un gráfico de tempe-ratura/tiempo.


ºC


min

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

90

85

81

80

80

80

80

78

74

70

66

62

58

Tiempo/minutos Temperatura/ºC Observaciones

El tubo de ensayo contiene solo

naftaleno líquido.

Todo el naftaleno se ha solidificado.

El sólido va enfriándose gradualmente.

El naftaleno empieza a solidificarse.

El tubo de ensayo contiene una mezcla

de naftaleno sólido y líquido.


8


0

2.1 Leyes de la fusión

Como resultado de muchas experiencias, puede afirmarse lo siguiente:

En consecuencia, la temperatura de fusión y la de solidificación de unasustancia pura son idénticas.Estas conclusiones reciben el nombre de leyes de la fusión y la solidificaciónde las sustancias puras.La temperatura de fusión (o solidificación) de una sustancia pura varía –aunquemuy poco– con la presión que actúa sobre ella. Por lo tanto, el punto de fusiónse define como la temperatura a partir de la cual una sustancia pura pasa deestado sólido a líquido a la presión atmosférica normal, que es de 1 013 hPa(1 atm).En la tabla 1, aparecen los puntos de fusión (o solidificación) de algunas sus-tancias puras. Podemos observar, por ejemplo, que el mercurio se funde a–39 ºC. Ello significa que este elemento es un líquido a temperatura normal yque debe enfriarse hasta 39 ºC bajo cero para que empiece a solidificarse.Observá también el elevado punto de fusión del tungsteno. Hay que calentarloa una temperatura de 3 380 ºC para que empiece a fundirse.

Otros ejemplos de solidificaciónLa experiencia nos enseña que, al enfriar agua salada, una gaseosa, limonadau otras mezclas líquidas, la temperatura no se mantiene constante durante elcambio de estado.

a) Cuando una sustancia pura se funde, lo hace a una temperatura determi-nada, llamada temperatura de fusión.

b) Mientras dura la fusión –es decir, mientras coexisten sólido y líquido–, latemperatura permanece invariable.

c) Todos los líquidos puros suficientemente enfriados acaban solidificándose ala misma temperatura en que se funden.

d) Mientras dura la solidificación, la temperatura permanece invariable.

El punto de fusión o solidificación de una sustancia pura es una propiedadcaracterística que puede servir para identificarla.

Una sustancia cuya temperatura varía durante un cambio de estado no puedeconsiderarse una sustancia pura.

Un cambio de estado es un fenómeno físico; en cambio, la combustión de una

vela es un fenómeno químico. Argumentá esa afirmación.

Explicá el significado de esta frase: “El punto de fusión de un sólido puro es

una propiedad característica”.

1

2

ACT IV IDADES

Curva de solidificación del agua salada.


min


ºC

Tabla 1

Puntos de fusiónde algunas sustancias puras

Alcohol . . . . . . . . . . . . . . . . –114 ºCMercurio . . . . . . . . . . . . . . . . –39 ºCAgua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 ºCAzufre . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 ºCPlomo . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 ºCPlata . . . . . . . . . . . . . . . . . . 960 ºCOro . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 061 ºCHierro . . . . . . . . . . . . . . . . 1 540 ºCPlatino . . . . . . . . . . . . . . . 1 765 ºCTungsteno . . . . . . . . . . . . . 3 380 ºC

La presencia de impurezas en unlíquido o de sustancias en disoluciónhace disminuir su punto de solidifica-ción. Así, por ejemplo, el agua purasolidifica a 0 ºC, pero el agua del marlo hace a una temperatura algo infe-rior.


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2.2 Cambio de volumen al fundirse o al solidificarse una sustancia pura

La inmensa mayoría de las sustancias puras, al fundirse, aumentan de volu-men; por el contrario, al solidificarse, disminuyen de volumen.

En cambio, la masa de la sustancia que se funde o se solidifica permanecesiempre constante.

EXPER I ENC IAA. Llená de agua destilada una botella de plástico transparente de unos250 cm3. Tapala bien y dejala en el congelador de la heladera. Sacala aldía siguiente y observá lo que ha sucedido.

– ¿Cómo podés explicarlo?– ¿El agua aumenta o disminuye de volumen al solidificarse?– ¿Por qué el hielo flota en el agua?

Razoná tus respuestas.

B.Observá las fotografías.

1. Introducí unos cubitos de hielo triturados en un pequeño erlenmeyer.El recipiente debe estar bien tapado para que no se pierda agua porevaporación.– ¿Cuál es la masa total?

2. Una vez que todo el hielo esté fundido, pesá de nuevo el recipiente.– ¿Cuál es ahora la masa total?– ¿Qué conclusiones podés extraer de esta experiencia?

El agua es una excepción, porque al solidificarse aumenta de volumen.

Muchas rutas de alta montaña, cubiertas de nieve en invierno, aparecen a

menudo agrietadas tras el deshielo. ¿Por qué?

Tenemos unos cubitos de hielo cuya masa total es de 4 g.

a) Si dejamos que se fundan, ¿cuáles son la masa y el volumen del agua

obtenida? Razoná tu respuesta.

b) ¿Cuál era el volumen del hielo antes de fundirse?

Datos: densidad del agua: ρ = 1 g/cm3, del hielo: ρ = 0,9 g/cm3.

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4

ACT IV IDADES

1

2


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EXPER I ENC IAA. Echá dos o tres gotas de alcohol en una cápsula y otras tantas en la palma de tu mano. Observá cómo el líquidono tarda en desaparecer, lentamente el de la cápsula y con mayor rapidez el de tu mano. ¿Notás su olor carac-terístico y, a la vez, un enfriamiento en la palma de la mano? Repetí la experiencia utilizando acetona. ¿Qué dife-rencia observás? El alcohol y la acetona han pasado del estado líquido al gaseoso, y se han convertido en vapor.Por ello, decimos que se han evaporado.

B. Calentá un líquido –agua, por ejemplo– y observá cómo aumenta gradualmente su temperatura, hasta que llegaun momento en que se advierte un movimiento tumultuoso, en toda la masa líquida; este da lugar a burbujas devapor que suben desde el fondo hasta la superficie. Cuando esto ocurre, decimos que el agua hierve o entra enebullición, y también aquí el agua pasa del estado líquido al gaseoso. Con un termómetro puede comprobarseque la temperatura del agua permanece constante mientras está hirviendo.

¿Por qué, al salir de la ducha, si no nos secamos rápidamente, notamos sensación de frío?

Leé la temperatura en un termómetro de laboratorio y anotala. A continuación, colocá un algodón empapado de aceto

na de modo que rodee el depósito del termómetro. Al cabo de unos minutos, leé de nuevo la temperatura y comparala

con la anterior. Anotá tus observaciones e intentá darles una explicación.

5

6

ACT IV IDADES

La vaporización puede producirse por evaporación o por ebullición.

3. Vaporización y licuación

Tanto en A como en B los líquidos se vaporizan, pero la vaporización ha tenidolugar en dos formas bien distintas.

Por evaporación, cuando el paso del líquido a gas se efectúa a cualquier tem-peratura, en forma más o menos lenta y solo a través de la superficie libre dellíquido (superficie en contacto con el aire), sin notarse ningún fenómeno en elinterior de este. Decimos que el líquido se evapora.

Se realiza por ebullición cuando se efectúa a una temperatura determinada,en forma rápida, y el líquido se vaporiza en toda la masa, lo que se advierte porsu movimiento tumultuoso. Decimos que el líquido hierve.

Tanto la evaporación como la ebullición se llevan a cabo mediante ab -sorción de energía. En la experiencia A, la energía absorbida por el alcoholo por la acetona durante la evaporación procede de la mano; por ello, seaprecia un enfriamiento de esta. En la experiencia B, la energía procede delfoco calorífico.

A

B

Alcohol.

Agua hirviendo.

Se llama vaporización al paso del estado líquido al gaseoso. Se llama licua-ción al paso del estado gaseoso al líquido.


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3.1 Factores que influyen en la velocidad de evaporación

Pensemos en situaciones de la vida cotidiana.– ¿Por qué la ropa mojada se seca más rápidamente si la tendemos que si ladejamos amontonada dentro de un cesto?

– ¿Por qué en un día de viento la ropa mojada y tendida se seca antes que enun día de calma?

– ¿Por qué un charco de agua se seca antes en verano que en invierno?En todas las cuestiones propuestas, el agua se evapora; pero, ¿qué factoresinfluyen para que un líquido se evapore con mayor o menor rapidez?

La experiencia demuestra que la velocidad de evaporación depende:

De la clase de líquido. Hay líquidos, como el éter, el bromo o la acetona,que se evaporan con gran rapidez a temperatura ambiente. Decimos queson muy volátiles. Otros, como el aceite, prácticamente no se evaporan.Decimos que son muy poco volátiles o fijos.

De la superficie libre. La velocidad con la que se evapora un líquido estanto mayor cuanta más superficie libre ofrece.

De la temperatura. La velocidad con la que se evapora un líquido aumentacon la temperatura.

De la ventilación o aireación. La renovación de aire sobre el líquido favore-ce la evaporación, porque la capa de vapor que está en contacto con el líqui-do es barrida por el aire. De lo contrario, los vapores se acumulan sobre ellíquido y se frena la evaporación, incluso puede llegar a neutralizarse.

EXPER I ENC IAA. Influencia de la clase de líquido en la evaporación. Colocá una cierta cantidad de alcohol en un recipiente.En otro recipiente igual colocá la misma cantidad de agua a igual temperatura que el alcohol. Al cabo de unashoras comprobarás que el alcohol se evaporó más rápidamente que el agua.

B. Influencia de la superficie libre. Colocá volúmenes iguales de alcohol en un recipiente ancho (un plato) y enuno estrecho (una probeta). Al cabo de unas horas, medí el volumen de alcohol que queda en cada recipiente.¿En cuál de los dos el alcohol se evaporó más rápidamente?

C. Influencia de la temperatura. Diseñá una experiencia para demostrar la influencia de la temperatura en la velo-cidad de evaporación.

D. Influencia de la ventilación. Impregná con la misma cantidad de agua dos trozos de tela de igual tamaño.Extendelos y colgalos, pero colocá uno de ellos frente a un ventilador en marcha. ¿Cuál se seca antes?

El bromo es un líquido muy volátil. Sus vapo-res son muy tóxicos.

El éter y la acetona son líquidos muy volátiles. Explicá qué significa la afir

mación anterior.

Al iniciar el estudio de los factores que influyen en la velocidad de evapora

ción, se han propuesto tres cuestiones. Intentá contestarlas.

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8

ACT IV IDADES


12


0 0 0

EXPER I ENC IAHemos armado el aparato de la fotografía.

A medida que se calienta el agua contenida en el erlenmeyer, su tempera-tura aumenta y la evaporación se produce con mayor rapidez.

Llega un momento en que el agua hierve –decimos que entra en ebullición– ylo hace a una temperatura fija, que no varía mientras dura la ebullición.Podemos comprobarlo observando que, a presión normal (1 013 hPa), el ter-mómetro marca 100 ºC.

A medida que hierve el agua, el erlenmeyer se va llenando de vapor deagua que desplaza al aire. Este vapor incoloro y transparente no es visible.A la salida del recipiente, el vapor se enfría y se condensa en pequeñísimasgotas de agua, las cuales forman una niebla o vaho, que sí puede verse.

Si en lugar de agua se utiliza alcohol, este hierve a 78 ºC a la presión nor-mal. Puede comprobarse que, mientras dura la ebullición, la temperaturapermanece constante.

Interpretá los siguientes gráficos que corresponden a cambios de estado del agua.9

ACT IV IDADES

3.2 La ebullición

Observá la siguiente experiencia:

Las leyes de la ebulliciónComo resultado de la observación de muchas experiencias puede afirmarse que:

Estas conclusiones se denominan leyes de la ebullición de las sustanciaspuras.

El erlenmeyer contiene, inicialmente, aguapura a la temperatura ambiente. Observácómo el bulbo del termostato está sumergi-do dentro del líquido pero sin tocar el fondodel recipiente.

Cuando el agua hierve, pueden observarseburbujas que suben continuamente hacia lasuperficie desde distintos puntos del interiordel líquido. El cambio de estado afecta atoda la masa de agua.

a) Cada líquido puro hierve, a presión fija, a una temperatura determinada,llamada temperatura de ebullición.

b) Mientras está hirviendo, la temperatura permanece invariable.


ºC


ºC


ºC


min


min


min


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3.3 La temperatura de ebullición varía con la presión

La temperatura de ebullición de un líquido no siempre es la misma, sino quevaría con la presión exterior a la que está sometido. Por ejemplo, el agua hier-ve a 100 ºC a la presión normal; sin embargo, en lo alto de una montaña, dondela presión atmosférica es menor, el agua hierve a menos de 100 ºC. Así, en lacumbre del Mont Blanc, a 4 800 m de altura, el agua hierve a unos 84 ºC; y elalcohol, a unos 65 ºC, porque allí la presión atmosférica es casi la mitad de laque existe a nivel del mar.Si la presión que se ejerce sobre un líquido aumenta, se comprueba que tam-bién aumenta la temperatura de ebullición. Es lo que ocurre en el interior de lasollas a presión. En ellas, el agua se calienta en un recipiente cerrado (provistode una válvula de seguridad), debido a lo cual la presión en el interior de la ollaaumenta. Este aumento de presión sobre el líquido lo provocan los propiosvapores que se desprenden de dicho líquido. Por tanto:Una disminución de presión sobre un líquido hace descender su tempe-ratura de ebullición. Un aumento de la presión sobre un líquido eleva sutemperatura de ebullición.Debido a estas variaciones en la temperatura de ebullición de un líquido por efectode la presión que soporta, se define el punto de ebullición de un líquido comola temperatura a la cual hierve, cuando la presión exterior es de 1013 hPa.El punto de ebullición de un líquido puro es una propiedad característicaque sirve para identificarlo.La presencia de impurezas –sustancia en solución– hace aumentar la tempe-ratura de ebullición. En la tabla 2 aparecen los puntos de ebullición de algunassustancias puras.

EXPER I ENC IAArmá el aparato (según las instrucciones de la página anterior). Llená el erlenmeyer hasta la mitad, aproximadamente,con agua destilada. Ponela a calentar suavemente y tomá las temperaturas cada minuto hasta que el agua hierva.Mantenela en ebullición durante 3 o 4 minutos más. Mientras un compañero/a avisa cada minuto, otro realiza la lectu-ra del termómetro y un tercero anota el tiempo, la temperatura y las observaciones. Con los datos obtenidos completáun cuadro semejante al de la segunda página de esta unidad. Representá los datos obtenidos en un gráfico tempera-tura/tiempo.– ¿Cómo es la parte del gráfico correspondiente a la ebullición del agua?– En tu experiencia, ¿el termómetro marcó exactamente 100 ºC mientras duró la ebullición?– En el caso de que no marcara exactamente 100 ºC, ¿a qué pudo deberse?

¿Podés afirmar que siempre que se transmite calor a una sustancia aumenta su temperatura? Reflexioná tu respuesta y da

ejemplos para aclararla.

La afirmación “el agua pura hierve siempre a 100 ºC” no es del todo correcta. ¿Qué debemos añadirle para que sea correc

ta?

Para preparar un huevo duro hervido en la cumbre del Everest, tendríamos que utilizar una olla a presión, ya que por el

procedimiento normal de hervirlo no lo lograríamos. ¿Por qué?

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ACT IV IDADES

En la cumbre del Fitz Roy, a 3 375 m de altu-ra, el agua hierve a unos 89 ºC.

Tabla 2

Puntos de ebulliciónde algunas sustancias puras

Helio –269 ºCOxígeno –183 ºCÉter 35 ºCAcetona 56 ºCAlcohol 78 ºCAgua 100 ºCMercurio 357 ºCAzufre 445 ºCAluminio 2 270 ºCHierro 2 740 ºC


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¿Cómo explicás la “desaparición” de la naftalina o de las pastillas que se

colocan en los armarios contra las polillas?

La llamada nieve carbónica es dióxido de carbono en estado sólido. A pre

sión atmosférica normal y a temperatura de –78,5 ºC, sublima. La nieve car

bónica se utiliza para apagar incendios. ¿Por qué? Consultalo si es necesario.

13

14

ACT IV IDADES

4. Volatilización y sublimaciónObservá las siguientes experiencias:

De esto podemos deducir que:

Las sustancias que se subliman son muy pocas. Son ejemplos el yodo, la naf-talina, el alcanfor, el ácido benzoico y la nieve carbónica (dióxido de carbonosólido), llamada también hielo seco.Muchos perfumes contienen sustancias aromáticas que se subliman.Has aprendido que la mayoría de los sólidos, cuando se calientan lo suficiente,se funden o se subliman y los líquidos hierven. No obstante, hay algunas sus-tancias que, al calentarlas, se descomponen y se transforman en otras distin-tas; otras arden o se carbonizan, como el papel y la madera.

El paso directo del estado de sólido a gas sin pasar por líquido se llama vola-tilización.El paso inverso, de gas a sólido, se denomina cristalización o, también,sublimación.

EXPER I ENC IA1. Calentá un poco de ácido benzoico, sólido de color blanco, muy sua-vemente, en un vaso de precipitados tapado con un vidrio de reloj.Observá cómo esta sustancia pasa directamente de sólido a gas. Enla parte fría del vaso de precipitados y en la del vidrio de reloj, el gasvuelve a solidificarse, en forma de finísimas agujas, sin pasar por elestado líquido.Podés repetir la experiencia colocando una espiga de trigo, en lugardel vidrio de reloj, encima del vaso de precipitados o de una cápsula,según aparece en la figura A.

2. Calentá un poco de yodo (sólido), suavemente, en un tubo de ensayoo en una cápsula. Observá también aquí cómo pasa directamente desólido a gas y aparecen unos vapores de color violeta. En la parte fríadel tubo, vuelve a solidificarse en pequeños cristales.(Figura B).

A

B

Al calentarlo suavemente, el ácido benzoicopasa directamente a gas. Al enfriarse, el gaspasa a sólido.

Yodo. Al calentarlo suavemente, se sublima.


15


16


SóLIDoFusión

SolidificaciónLÍQUIDo gaSeoSo

Volatilización

Sublimación o cristalización

Vaporización

Condensacióno licuación

Estados de la materia

Cambios de estado

Fusión y solidificación

Los estados de la materia son:• Estado gaseoso. Las sustancias no tienen forma ni volumen propios, puesto que llenan totalmen-te el recipiente que las contiene, el cual debe estar cerrado porque los gases se expanden indefini-damente. Los gases son muy compresibles. Fluyen con facilidad.

• Estado líquido. Las sustancias se adaptan a la forma del recipiente que las contiene y conservanuna superficie libre horizontal. Los líquidos son muy poco compresibles y fluyen.

• Estado sólido. Las sustancias tienen una forma definida y un volumen propio. Son difícilmentecompresibles.

Cuando una sustancia pasa de un estado físico a otro se dice que cambia de estado.

Una sustancia cuya temperatura varía durante un cambio de estado no puede considerarse una sus-tancia pura.

Fusión es el paso del estado sólido al líquido.Solidificación es el paso del estado líquido al sólido.

Las leyes de la fusión y la solidificación son:• Cuando una sustancia pura se funde, lo hace a una temperatura determinada llamada temperatu-ra de fusión.

• Mientras dura la fusión –es decir, mientras coexisten sólido y líquido–, la temperatura permaneceinvariable.

• Todos los líquidos puros suficientemente enfriados acaban solidificándose, y lo hacen a la mismatemperatura en que se funden.

• Mientras dura la solidificación, la temperatura permanece invariable.

La temperatura de fusión y la de solidificación de una sustancia pura son idénticas.

Vaporización y licuación

Vaporización es el paso del estado líquido al gaseoso. Puede producirse por evaporación o porebullición. Licuación es el paso del estado gaseoso al líquido. La velocidad de evaporación depende de la clase de líquido, de la superficie libre, de la temperaturay de la ventilación o aireación.

Las leyes de la ebullición de las sustancias puras son:• Cada líquido puro hierve, a presión fija, a una temperatura determinada llamada temperatura deebullición. Mientras está hirviendo, la temperatura permanece invariable.

• Una disminución de presión sobre un líquido hace descender su temperatura de ebullición. Unaumento de la presión sobre un líquido eleva su temperatura de ebullición. Por ello, el punto deebullición de un líquido se define como la temperatura a la cual hierve, cuando la presión exteriores de 1 013 hPa. El punto de ebullición de un líquido puro es una propiedad característica que sirvepara identificarlo.

Volatilización y sublimación

Volatilización es el paso directo de sólido a gas sin pasar por líquido. Sublimación (o también cristalización) es el paso inverso, de gas a sólido.

RESUMEN


Objetivos– Saber cómo se prepara una mezclafrigorífica.

– Saber cómo construir un gráfico apartir de datos experimentales.

Material– Vaso de precipitados de 250 cm3, ter-mómetro, mechero de Bunsen, reloj,regla graduada, papel milimetrado,martillo, balanza, hielo, sal de cocina.


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PROCEDIMIENTO

1.Mezcla frigorífica

Podés obtener temperaturas bajo cero mezclando aproximadamente 100 cm3 de hielo bien molido con doble volumen de salde cocina. La mezcla obtenida se llama mezcla refrigerante o mezcla frigorífica. Una vez obtenida la mezcla comprobá sutemperatura y anotala.

2. Fusión del hielo. Gráfico temperatura/tiempo

a) Molé hielo recién sacado del congelador y llená hasta la mitad un vaso de precipitados de unos 250 cm3.b) Introducí un termómetro.c) Calentá suavemente y tomá la temperatura cada minuto, sin olvidarte de agitar el vaso antes de leer la temperatura.d) Mientras tanto, un alumno o alumna avisa cada minuto; otro puede realizar la lectura del termómetro y el tercero, anotar

el tiempo, la temperatura y las observaciones.e) Calentalo hasta que el termómetro marque unos 30 ºC.

– Representá en un gráfico temperatura/tiempo los valores obtenidos.– Explicá el significado de las distintas partes del gráfico.– ¿A qué temperatura se ha estabilizado el termómetro? ¿Por qué?– Si la misma experiencia se hubiese realizado calentando suavemente azufre sólido, ¿a qué temperatura se estabili-zaría el termómetro?

1 2 3 4 5 6 7 8Tiempo

min

TemperaturaOC

Estado físico

ACTIVIDADEXPERIMENTAL

Mezcla frigorífica.Fusión del hielo


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Resumí en tu carpeta las leyes de la fusión y la solidifica-ción.

Completá las siguientes frases en tu carpeta:

El paso del estado líquido al gaseoso se denomina .......El paso del estado líquido al sólido se llama .......El agua en estado gaseoso se conoce como .......La inmensa mayoría de los sólidos tienen una densidad....... que la del líquido correspondiente.Una sustancia se sublima cuando pasa directamente de...... a ......La densidad del hielo a 0 ºC es ...... que la del agua a igualtemperatura.

Completá las siguientes frases:

Una masa de 50 g de alcohol da, al congelarse, ...... g dealcohol sólido.Un volumen de 50 cm3 de agua inicialmente a 4 ºC da, alcongelarse, ...... cm3 de hielo a 0 ºC.Datos: densidad del hielo, ρ = 915 kg/m3; densidad delagua a 4 ºC, ρ = 1 000 kg/m3.

Un recipiente abierto contiene agua pura a temperaturaambiente y presión normal. Representá en un gráfico tem-peratura/tiempo la variación de temperatura del agua, amedida que va enfriándose, hasta que toda la masa líqui-da se ha convertido en hielo a 0 ºC.

En Siberia, durante el invierno, se alcanzan temperaturasdel orden de –50 ºC. ¿Podrán utilizarse termómetros cuyolíquido termométrico sea mercurio para medir dichas tem-peraturas?¿Y si el líquido termométrico es alcohol?Razoná tus respuestas.(Consultá la tabla 2 de esta unidad.)

Al transmitir calor a una sustancia pura, ¿en qué casos noaumenta su temperatura? Razonalo.

Indicá qué cambios de estado tienen lugar al aumentar latemperatura de las sustancias puras y cuáles, al disminuirla.

Al fabricar una pieza metálica de determinada forma, eloperario vierte el metal fundido en un molde, cuyas dimen-siones son algo mayores que las que debe poseer la piezasólida resultante. Indica por qué.

Efectuando cuidadosas mediciones se comprueba que1 000 cm3 de agua a 4 ºC producen, al solidificarse, 1090 cm3

de hielo.

a) ¿Los 1 000 cm3 de agua tienen la misma masa que1 090 cm3 de hielo? Razoná tu respuesta.

b) Calculá, a partir de los datos anteriores, cuál es la den-sidad del hielo.

c) Calculá cuál será el volumen que llegará a ocupar elhielo obtenido en la solidificación de 2 kg de agua.

d) Si se funden 2 dm3 de hielo y el agua obtenida se calien-ta hasta la temperatura de 4 ºC, ¿qué volumen de aguase obtendrá?

Explicá algunos fenómenos que demuestren que el aguaaumenta de volumen al solidificarse.

Explicá las diferencias entre evaporación y ebullición.

¿Por qué la ropa tendida en un día húmedo tarda tanto ensecarse?

En un día de sol, colocá al exterior un vaso alto y estre-cho y a su lado, un plato. Añadí a cada uno 20 cm3 deagua. Al cabo de unas horas medí el volumen de aguaque queda en cada recipiente. Interpretá lo que hasobservado.

Explicá por qué hay que abrir los paraguas mojados si que-remos que se sequen.

¿Cuál es el fundamento de las ollas a presión?

En tres platos iguales, colocá en uno de ellos 5 cm3 deagua, en el otro 5 cm3 de alcohol y en el tercero el mismovo lumen de acetona. Al cabo de unos 10 minutos medí elvo lumen de líquido en cada recipiente.¿Qué líquido es más volátil? ¿Y menos volátil?

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ACT IV IDADES F I NALES

Siberia.


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¿Puede hervir el agua pura a 80 ºC? ¿Y a 110 ºC? Razonátu respuesta.

El punto de fusión y el punto de ebullición son propiedadescaracterísticas de las sustancias puras.

a) Explicá lo que esto significa.b) ¿Qué otras propiedades características conocés de lassustancias puras?

¿El vapor de agua es visible? El vaho que observamos enla superficie de una olla que contiene caldo hirviendo, ¿esvapor de agua? Razoná tu respuesta.

Al sacar de la heladera una botella de agua bien fríahabrás observado que sus paredes exteriores quedanrecubiertas de pequeñas gotas de agua. ¿Cómo lo expli-cás?

¿Podemos afirmar que todas las sustancias sólidas, cuan-do se calientan suficientemente, se funden o se subliman?Razoná tu respuesta y aclarala con un ejemplo.

Explicá el fenómeno de la condensación y describí diferen-tes situaciones cotidianas en las que se produzca esefenómeno.

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1. Elaborá un esquema en el que figuren los nombres de losdistintos cambios de estado.

2. Comentá la frase: “El punto de fusión o de solidificaciónde una sustancia pura es una propiedad característica”.

3. Un recipiente abierto contiene agua a temperatura am -biente y presión normal. Representá en un gráfico tem-peratura/tiempo la variación de temperatura del agua amedida que va calentándose, hasta que toda la masa dellíquido se ha convertido en vapor de agua a 100 ºC.

4. Al solidificarse el agua, ¿aumenta o disminuye de volu-men? Proponé una experiencia para comprobarlo.

5. Explicá la diferencia entre vaporización, evaporación yebullición.

6. Al fundir un cubito de hielo, ¿la masa de agua obtenidaes la misma que la masa del hielo? ¿Y el volumen?Razoná tus respuestas.

7. ¿Cuáles son las leyes de la ebullición?

8. ¿El agua pura hierve siempre a 100 ºC? Explicalo.

9. El calor de fusión del hielo es de 334,4 kJ/kg. Calculá laenergía en forma de calor que se necesita para fundir 100 gde hielo a 0 ºC y convertirlo en agua a igual temperatura.

10. ¿Por qué mientras un sólido puro se funde su temperaturapermanece constante?

11. La acetona es un líquido muy volátil. Explicá lo que estosignifica.

12. Suponé que se calienta agua en un recipiente abierto.Cuando el agua hierve se dice, a menudo, que se ve elvapor de agua sobre el recipiente. ¿Estás de acuerdo conesto? ¿Por qué?

ACT IV IDADES DE S Í N T E S I S

Condensación.


1. Los materiales y sus propiedades

El plasma es un gas constituido porpartículas cargadas libres (llamadasiones). Estas partículas se muevendebido a las interaccioneselectromagnéticas de largo alcanceque se establecen entre ellas. Seconsidera que el plasma es unestado de agregación de la materiacon características propias. Sediferencia del estado gaseoso ya que en este apenas hay interacciónentre las partículas.

La materia en estado de plasma se puede encontrar en las estrellas y en fenómenos como el rayo o las auroras boreales, que pueden observarse en la Tierra. En el rayo, el plasma alcanza la temperatura de 27 000 ºC.

Además de los estados sólido, líquido y gaseoso, ¿existe algún otro estadode la materia? Los científicos consideran al plasma como el cuartoestado de agregación de la materia.

La aurora es un fenómeno en forma de brillo o luminiscencia que aparece en el cielo noc-turno, usualmente en zonas polares.

El viento solar es un flujo de partículas muyenergéticas que se origina en las at mós -feras de las estrellas. El rayo es una descarga electrostática natural que puede observarse en las tormentas.

El cuarto estado de la materia

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ciencia, técnica y sociedad


La presión atmosférica, casi imperceptible para las per-sonas, está estrechamente relacionada con la evoluciónde las condiciones meteorológicas.Una alta presión (a) indica que estamos en un sistemaanticiclónico y es una señal de buen tiempo. Un anticiclónse refiere a una región en la que la presión atmosférica esmayor que en las zonas próximas. el viento circula en elsentido de las agujas del reloj en el hemisferio norte y enel sentido contrario en el hemisferio sur. Una baja presión (B o D) indica que estamos situados enun sistema de depresión y es una señal de mal tiempo.

Una depresión se refiere a una región en la que la presiónes más débil que en las zonas próximas. el viento circulagirando en sentido contrario a las agujas del reloj en elhemisferio norte y en el sentido de las agujas del reloj enel hemisferio sur.en un mapa meteorológico, la presión se representa conunas líneas llamadas isobaras, que relacionan los puntoscon la misma presión atmosférica. el valor de las líneas isobaras se expresa en hectopasca-les, hPa. Cuanto más juntas están las isobaras, más fuer-te es el viento y cuanto más separadas, más débil.

Anticiclones y depresiones

ACTIVIDAD

1. observá el mapa del tiempo e identificálas zonas de altas presiones y las zo nasde bajas presiones.

a) ¿Dónde hace buen tiempo?

b) ¿Dónde hace mal tiempo?

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Isobaras: todos los puntos situados en la línea isobara a) se encuentran a una presiónde 996 hPa. Todos los puntos situados en la línea isobara b) están a una presión de1004 hPa.


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