Cambios De Estado

INTRODUCCIÓN

La materia se presenta en 5 estados o formas de agregación: sólido, líquido, gaseoso, plasma y coloidal.

Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua.

El estado de agregación de la materia puede variar en función de las condiciones externas (presión y temperatura). Para unas determinadas condiciones, una sustancia concreta sólo se encontrará en un estado de agregación; es decir, en determinadas condiciones una sustancia se encontrará en sólo en uno de ellos.

Es importante reconocer que los cambios de estado, de sólido a líquido, de líquido a gas son de tipo físico. Las fuerzas de enlace que mantienen juntos los átomos de una molécula se llaman intermoleculares.

Los cambios que sufre la materia se clasifican en dos categorías generales, en físicos y químicos. En los primeros la naturaleza o composición química básica de la materia no se altera y lo único que varía es el estado físico.

una de las principales diferencias entre ele cambio físico y quimico es, a menudo la cantidad de energía requerida.En general el cambio químico libera o absorbe mucha más energía que el físico

DIAGRAMA DE FASES

Los diagramas de fases permiten predecir los cambios en el punto de fusión y en el punto de ebullición de una sustancia debidos a los cambios de la presión externa. También se pueden anticipar las direcciones de las transiciones de las fases producidas por los cambios de temperatura y presión.

Diagrama de fases del Dióxido de carbono por lo general es semejante al del agua, con una excepción importante, la pendiente de la curva entre la fase sólida y líquida es positiva, de hecho esto es valido para casi todas las sustancias. Toda la fase líquida está muy por arriba de la presión atmosférica, por consiguiente es imposible que el dióxido de carbono sólido funda a la presión de 1atm.En cambio cuando se calienta a -78°C a 1atm se sublima. De hecho, el dióxido de carbono sólido se conoce como hielo seco por que parece hielo y no se funde. Por esta propiedad el hielo seco se utiliza como refrigerante.

Es la representación gráfica de las fronteras entre diferentes estados de la materia de un sistema, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.

Este diagrama contiene tres curvas importantes, cada una de las cuales representa la condición de temperatura y presión a la cual las diferentes fases pueden coexistir en equilibrio

El estado físico de una sustancia depende no sólo de las fuerzas de atracciones intermoleculares inherentes, sino también de la temperatura y la presión. Ahora que hemos examinado cada estado, podemos concluir nuestra discusión considerando la temperatura y la presión a la cual las diferentes fases de una sustancia pueden existir. Tal información se puede resumir en un diagrama de fase.

Cualquier sustancia puede existir en más de un estado o fase de la materia. El equilibrio entre las fases es dinámico; esto es, que existe una transferencia continua de partículas de una fase a la otra. El equilibrio en este sistema dinámico se presenta cuando la velocidad de transferencia entre las fases es similar. El cambio de la materia de un estado a otro se denomina cambio de fase. Las conversiones de un sólido a líquido (fusión), de un sólido a gas (sublimación), o de un líquido a gas (vaporización) son todos procesos endotérmicos; es decir, que la entalpía de la fusión, sublimación o vaporización es positiva. El proceso inverso, la conversión de un líquido a sólido (congelación), de un gas a sólido (deposición) o de un gas a líquido (condensación) son todos procesos exotérmicos, en esta forma los cambios de entalpía para estos procesos son negativos.

Si el punto de presión y temperatura en que está la sustancia cae en alguna de las áreas señaladas como sólido, liquido o gas, ese será su estado para esas condiciones. Veamos:

Si consideramos que la presión a que está la sustancia es P, entonces para temperaturas menores que T₁ será sólida, para temperaturas entre T₁ y T₂ será líquida y por encima de T₂ gaseosa. Si este punto coincide con alguna se las curvas, coexistirán en equilibrio ambos estados, así si está sobre AB  la sustancias será parcialmente sólida y parcialmente gaseosa, si es sobre BD será parcialmente líquida y parcialmente sólida y sobre BC lo mismo entre los estados líquido y gaseoso.

En el diagrama están señalados además dos puntos particularmente importantes:

Punto triple

En este punto en la sustancia coexisten en equilibrio los tres estados, está parcialmente solida, parcialmente líquida y parcialmente gaseosa.  Obsérvese que para valores de presión o temperatura más bajas que el punto triple la sustancia en cuestión no puede existir en estado líquido y solo puede pasar desde sólido a gaseoso en un proceso conocido como sublimación.

Punto crítico

El punto C indica el valor máximo de temperatura en el que pueden coexistir en equilibrio dos fases, y se denomina Punto Crítico. Representa la temperatura máxima a la cual se puede licuar el gas simplemente aumentando la presión. Gases a temperaturas por encima de la temperatura del punto crítico no pueden ser licuados por mucho que se aumente las presión. En otras palabras, por encima del punto crítico, la sustancia solo puede existir como gas.

Punto de ebullición

El punto de ebullición de una sustancia, es aquel valor de temperatura para el cual coexisten en equilibrio, los estados líquido y gaseoso a determinada presión. Los diferentes puntos de ebullición para las diferentes presiones corresponderían a la curva BC.

Punto de fusión

El punto de fusión de una sustancia, es aquel valor de temperatura para el cual coexisten en equilibrio, los estados líquido y sólido a determinada presión. Los diferentes puntos de fusión para las diferentes presiones corresponderían a la curva BD.

PRESIÓN DE VAPOR: Las presiones de vapor de los líquidos aumentan en proporción no lineal en relación con la temperatura. La ebullición se presenta cuando la presión de vapor iguala a la presión que se ejerce externamente. El punto normal de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a 1 atm

EJEMPLOS:

HELIO

HIELO SECO DIAMANTE

HIDROGENO

CAMBIOS DE ESTADO DE LA MATERIA

Cambio de estado es el proceso mediante el cual las sustancias pasan de un estado de agregación a otro. Los cambios que sufre la materia se clasifican en dos categorías generales, en físicos y químicos. En los primeros la naturaleza o composición química básica de la materia no se altera y lo único que varía es el estado físico.

Una de las principales diferencias entre el cambio físico y quimico es, a menudo la cantidad de energía requerida.En general el cambio químico libera o absorbe mucha más energía que el físico. El estado físico depende de las fuerzas de cohesión que mantienen unidas a las partículas. La modificación de la temperatura o de la presión modificará dichas fuerzas de cohesión pudiendo provocar un cambio de estado.

El paso de un estado de agregación más ordenado a otro más desordenado (donde las partículas se mueven con más libertad entre sí), se denomina cambio de estado progresivo.

FUSIÓN

El paso de sólido a líquido que se llama fusión.

Si se calienta un sólido, llega un momento en que se transforma en líquido.

La fusión es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia del estado sólido al estado líquido por la acción del calor. Cuando se calienta un sólido, se transfiere energía a los átomos que vibran con más rapidez a medida que gana energía.

EVAPORACIÓN

El paso de líquido a gas. La evaporación es el escape real de las moléculas que están en la superficie de un líquido para formar un vapor en el espacio que se encuentra arriba del líquido.

La facilidad que tiene una molécula para escapar dela superficie de un líquido está relacionada con la resistencia de las fuerzas de atracción que hay entre las moléculas del líquido. Por ejemplo, la gasolina y el alcohol(etílico) se evaporan más rápido que el agua. Las fuerzas de la gasolina y el alcohol son más débiles que en el agua.

EBULLICIÓN

Cuando la presión de vapor de un líquido es igual a la presión externa que hay sobre él, se forman con rápidez burbujas en todo el líquido y llega a la ebullición.

El punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual su presión de vapor es igual a la presión externa que actúa sobre su superficie.

Ejemplo el punto de ebullición del alcohol es de 78°c, el del heptano es de 98°c.

A mayores altitudes la presión atmosféricas es menor y por esto el punto de ebullición disminuye.

SUBLIMACIÓN

El paso de sólido a gas .Las sustancias sólidas al igual que las líquidas tienen una función de vapor definida

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