Calor y cambio de estado

Todos los materiales, dependiendo de la temperatura, pueden presentarse en hasta tres estados: sólido, líquido y gaseoso.

Los posibles cambios de estado, cuando una substancia recibe o emite calor, están esquematizadas en el dibujo abajo:

Cuando una substancia, estando a una presión constante, recibe (absorbe) calor sensible, su temperatura aumenta: si el calor es latente, ocurre un cambio de estado, manteniéndose la misma temperatura.

El grafico ilustra la variación de temperatura de una substancia en función del calor.

IMPORTANTE:

1) El término sublimación es empleado para asignar el cambio solido –  gaseoso. Algunos escritores clasifican el pasaje solido-gaseoso como sublimación directa ó 1ª sublimación, y el pasaje gaseoso-solido como sublimación inversa ó 2ª sublimación.

En las condiciones CNTP (Condiciones Normales de Temperatura y Presión) el mejor ejemplo de sublimación es el de la naftalina, la cual pasa del estado sólido directamente para el gaseoso

2)El cambio de liquido a gaseoso, el cual llamamos vaporización, deberá ser dividido en:

a) Evaporación: es un proceso espontáneo y lento, que puede ser observado a una temperatura cualquiera y depende del área de contacto.

En la evaporación, cuanto mayor el área de contacto más rápido se procede el cambio del estado líquido para el estado gaseoso.

b) Ebullición: es un proceso que puede ser observado a una determinada temperatura (la presión ejerce influencia en la temperatura; eso se analizará a continuación). Luego es un proceso forzado. Es más rápido que el proceso de evaporación.

c) Calefacción: ocurre cuando una masa de líquido cae sobre una superficie caliente en una temperatura superior a la de ebullición del líquido. El proceso de calefacción es casi instantáneo. Cuando observamos gotas de agua caer sobre una chapa caliente percibimos que las gotas se evaporizan rápidamente emitiendo un ruido característico.

CALOR LATENTE

Calor latente de cambio de estado L es la cantidad de calor, por unidad de masa, que es necesario proveer o retirar de un determinado cuerpo, a una determinada presión, para que ocurra el cambio de estado, sin variación de temperatura.

Matemáticamente:

Según la definición de calor latente obtendremos como unidad de medida: cal/g , J/g, KJ/kg, BTU/lb, etc.

La cantidad de calor utilizada para que ocurra el cambio de estado viene de la definición de calor latente.

Q = m . L

IMPORTANTE:

• ·Manteniendo la presión constante, todas las substancias sufren cambio de estado a una determinada temperatura.
• · Manteniendo la presión constante, mientras ocurre el cambio de estado la temperatura también se mantiene constante.
• · Bajo las mismas condiciones, la cantidad de calor absorbida o liberada por una substancia, durante el cambio de estado es, en valor absoluto, igual según la unidad de masa.

Ejemplo:

Calor latente de fusión del hielo: LF = 80cal/g

Calor latente de solidificación del agua: LS = – 80 cal/g

El signo (+) hace referencia a la cantidad de calor absorbida por la substancia, y el signo (-) hace referencia a la cantidad de calor liberado por la misma.