Tema 2 Leyes Fundamentales

June 8, 2018 | Author: Verónica Pérez Barrera | Category: Condensation, Evaporation, Liquids, Properties Of Water, Boiling
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Descripción: leyes fundamentales...

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Técnico de Laboratorio DGA. Tema Tema 2: Leyes fundamentales

TEMA TE MA 2 LE LEYE YES S FU FUND NDAM AMEN ENTA TALE LES S DE LA MA MATE TERI RIA. A. CA CAMB MBIO IOS S DE ESTADO. FUSIÓN Y SOLIDIFICACIÓN, EVAPORACIÓN Y EBULLICIÓN, SUBLIMACIÓN Y CONDENSACIÓN. DESTILACIÓN. 1. Cambios d s!ado. F"si#$ % so&idi'i(a(i#$, )a*o+a(i#$ % b"&&i(i#$, s"b&ima(i#$ s"b&ima(i# $ % (o$d$sa(i# (o$d$sa(i#$. $. Se denomina cambio de estado la evolución de la materia materia entre  entre varios estados de agrega agregación ción sin que ocurra un cambio en su comosición. Los tres estados m!s estudiados y comunes en la Tierra son son el sólido sólido"" el l#quido y el gaseoso gaseoso$$ no obstante" el estado de agregación m!s com%n en el &niverso es el lasma lasma""  material del que est!n comuestas las estrellas 'si se descarta la materia oscura(. oscura (. Son los rocesos en los que un estado de la materia cambia a otro manteniendo una seme)an*a en su comosición. La siguiente tabla indica cómo se denominan los cambios de estado:

 \Final

Inicial

Sólido

Líquido

Sólido Líquido Gas

G as sublimación""   sublimació sublimación sublimación n rogresiva rogresiva o

fusión

sublimación directa

solidificación subl su blima imaci ción ón

evaoración o evaoración  o ebullición inve in vers rsa a" condensación

regresiva o deosición

y

licuefacción

'licuación(

También se uede ver claramente con el siguiente gr!fico:

+

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,n el diagrama ad)unto" faltar#a concretar lo que es -licuefacción-" que es aso a l#quido. Se dice que el a*%car se lic%a cuando al calentarse asa de estado en granos cristali*ados a ser un l#quido marrón" de alta viscosidad.

De Sólido Líquido Gas Plasma

a Sólido

 

Líquido

Gas

 

Transformación de sólido a sólido usión Sublimación Solidificación 01A ,bullición1,vaoración Deosición ondensación 01A / / 4ecombinación1Deioni*ación Tabla +. 5aso de una sustancia de un estado a otro

Plasma / / 3oni*ación 01A

,s imortante 6acer notar que en todas las transformaciones de fase de las sustancias" éstas no se transforman en otras sustancias" solo cambia su estado f#sico. Las diferentes transformaciones de fase de la materia en este caso las del agua son necesarias y rovec6osas ara la vida y el sustento del 6ombre cuando se desarrollan normalmente. Los cambios de estado est!n divididos generalmente en dos tios: rogresivos y regresivos. Cambios progresivos: 7aori*ación" fusión y sublimación rogresiva. Cambios regresivos: ondensación" solidificación y sublimación regresiva

 A continuación se describen los diferentes cambios de estado o transformaciones de fase de la materia.

FUSIÓN ,s el aso de un sólido al estado l#quido or medio del calor $  durante este roceso endotérmico 'roceso que absorbe energ#a ara llevarse a cabo este cambio( 6ay un unto en que la temeratura ermanece constante. La fusión es un roceso f#sico que consiste en el cambio de estado de la materia del estado sólido al estado l#quido or la acción del calor . uando se calienta un sólido" se transfiere calor a los !tomos" los cuales vibran con m!s raide* a medida que ganan energ#a.

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,l roceso de fusión de la materia es el mismo que el de fundición" ero este %ltimo término se alica generalmente a sustancias como los metales" que se lic%an a altas temeraturas" y a sólidos cristalinos. uando una sustancia se encuentra a su temeratura de fusión" el calor que se suministra es absorbido or la sustancia durante su transformación" y no roduce variación de su temeratura. ,ste calor adicional se conoce como calor de fusión. ,l término fusión se alica también al roceso de calentar una me*cla de sólidos ara obtener una disolución l#quida simle.

Punto de fusión ,l -unto de fusión- es la temeratura a la cual la materia asa de estado sólido a estado l#quido" es decir" se funde" or lo que su valor es articular ara cada sustancia. uando dic6as moléculas se mover!n en una forma indeendiente" transform!ndose en un l#quido. &n e)emlo odr#a ser un 6ielo derritiéndose" ues asa de estado sólido al l#quido.

5untos de fusión 'en a*ul( y untos de ebullición 'en rosado( de los oc6o rimeros !cidos carbo8#licos '9(.

 Al efecto de fundir un metal se le llama fusión 'no odemos confundirlo con el unto de fusión(. También se suele denominar fusión al efecto de licuar  o derretir  una sustancia sólida" congelada o astosa" en l#quida. ,n la mayor#a de las sustancias" el unto de fusión y de congelación" son iguales. 5ero esto no siemre es as#: or e)emlo" el agar/agar  se funde a ; 9 y se solidifica a artir de los 9$ este roceso se conoce como 6istéresis. ,n geolog#a" se denomina unto de solidus a la temeratura en la que emie*a a fundirse una roca y unto de liquidus a la temeratura en la que la fusión es total. Tanto la resencia de agua como una disminución de la resión ueden reba)ar los untos de solidus y liquidus de una roca" facilitando la formación de magmas sin aumentar la temeratura.

SOLIDIFICACIÓN ,s el aso de un l#quido a sólido or medio del enfriamiento$ el roceso es e8otérmico. La solidificación es un roceso f#sico que consiste en el cambio de estado de la materia de l#quido a sólido roducido or una disminución en la temeratura o or una comresión de este material. ,s el roceso inverso a la fusión" y sucede a la misma temeratura. ,)emlo de esto es cuando colocamos en el congelador agua" como la temeratura es muy ba)a esto 6ace que se 6aga 6ielo" o en ocas alabras" aumenta el volumen al solidificarse" aunque no sucede en todos los casos. <

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También se llama solidificación al roceso de endurecimiento de materiales como el cemento o la arcilla" en esos casos al des6idratarse a temeratura constante. ,l -unto de solidificación- o de congelación es la temeratura a la cual el l#quido se solidifica y ermanece constante durante el cambio" y coincide con el unto de fusión si se reali*a de forma lenta 'reversible($ su valor es también esec#fico.

VAPORIZACIÓN ! "#ULLICIÓN Son los rocesos f#sicos en los que un l#quido asa a estado gaseoso. Si se reali*a cuando la temeratura de la totalidad del l#quido iguala al unto de ebullición  del l#quido a esa resión continuar calent!ndose el l#quido" éste absorbe el calor" ero sin aumentar la temeratura: el calor  se emlea en la conversión del agua en estado l#quido en agua en estado gaseoso" 6asta que la totalidad de la masa asa al estado gaseoso. ,n ese momento es osible aumentar la temeratura del gas. La $a%o&i'ación es el rincial roceso mediante el cual el agua cambia de estado. ,n el camo teraéutico" la vaori*ación denomina el uso medicinal de vaores" en esecial en conte8tos relacionados con aguas termales.

"$a%o&ación( se roduce cuando el estado l#quido cambia lentamente y gradualmente a estado gaseoso" tras 6aber adquirido suficiente energ#a ara vencer la tensión suerficial. A diferencia de la ebullición" la evaoración se roduce a cualquier temeratura" siendo m!s r!ida cuanto m!s elevada esta. 0o es necesario que toda la masa alcance el unto de ebullición. uando e8iste un esacio libre encima de un l#quido" una arte de sus moléculas est! en forma gaseosa"  al equilibrase" la cantidad de materia gaseosa define la resión de vaor  saturante" la cual no  deende del volumen" ero var#a seg%n la naturale*a del l#quido y la temeratura. Si la cantidad de gas es inferior a la resión de vaor saturante" una arte de las moléculas asan de la fase l#quida a la gaseosa: eso es la evaoración. uando la resión de vaor iguala a la atmosférica" se roduce la ebullición.?@ ,n 6idrolog#a" la evaoración es una de las variables 6idrológicas  imortantes al momento de establecer el balance 6#drico  de una determinada cuenca 6idrogr!fica o arte de esta. ,n este caso" se debe distinguir entre la evaoración desde suerficies libres y la evaoración desde el suelo. La evaoración de agua es imortante e indisensable en la vida" ya que el vaor de agua" al condensarse se transforma en nubes y vuelve en forma de lluvia" nieve" niebla o roc#o. 7ista como una oeración unitaria" la evaoración es utili*ada ara eliminar el vaor formado or  ebullición de una solución o susensión l#quida.

Fenómeno físico ,l movimiento térmico de una molécula de l#quido debe ser suficiente ara vencer la tensión suerficial y evaorar" esto es" su energ#a cinética debe e8ceder el traba)o de co6esión alicado or la tensión suerficial a la suerficie del l#quido. 5or eso" la evaoración acontece m!s r!idamente a altas temeraturas" a altos caudales entre las fases l#quida y vaor y en l#quidos con ba)as tensiones suerficiales 'esto es" con resión de vaor  m!s elevadas(. =

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on solamente una roorción equea de moléculas locali*ada cerca de la suerficie y moviéndose en la dirección correcta ara escaar del l#quido en un cierto instante" la tasa de evaoración es limitada. Adem!s" como las moléculas de mayor energ#a escaan y las que quedan tienen menor energ#a cinética media" la temeratura del l#quido se reduce. ,ste fenómeno también es llamado de enfriamiento evaporativo. &n e)emlo ara dic6o fenómeno es la transiración 'sudor (.

Equilibrio evaporativo Si la evaoración ocurre en un reciiente cerrado" las moléculas  que escaan del l#quido se acumulan en forma de vaor   arriba del l#quido. Buc6as de esas moléculas regresan al estado l#quido. uando el roceso de escae y regreso alcan*a un equilibrio" el vaor es llamado saturado y no ocurren cambios adicionales en la resión de vaor  o en la temeratura del l#quido.

5resión del vaor de agua frente a la temeratura. 'C> Torr E + atm(

")ullición( es el roceso f#sico en el que la materia asa a estado gaseoso. ambio de estado que ocurre or aumento de la temeratura en el interior del l#quido. Se reali*a cuando la temeratura de la totalidad  del l#quido iguala al unto de ebullición del l#quido a esa resión. Si se contin%a calentando el l#quido" éste absorbe el calor" ero sin aumentar la temeratura: el calor se emlea en la conversión de la materia en estado l#quido al estado gaseoso" 6asta que la totalidad de la masa asa al estado gaseoso. ,n ese momento es osible aumentar la temeratura de la materia" ya como gas. ,ste roceso es muy distinto a la evaoración" que es aulatino y ara el que" en altitudes sueriores" la resión atmosférica media disminuye" or lo que el l#quido necesita temeraturas menores ara entrar en ebullición. ,n una olla a resión" el agua" or e)emlo" llega a una temeratura de +2> o + 9 antes de 6ervir" debido a la mayor resión alcan*ada or los gases en su interior. Gracias a esta mayor  temeratura del agua en el interior de la olla" la cocción de la comida se da m!s r!idamente. La adición de aditivos al agua uede 6acer aumentar o disminuir su unto de ebullición. ,l roceso de ebullición del agua" esecialmente a alta resión" se utili*a desde la antigFedad como medio ara esterili*ar  el agua" debido a que algunos microorganismos   mueren a esta temeratura.

Punto de ebullición ,l unto de ebullición es la temeratura a la cual un l#quido determinado 6ierve 'a una resión dada(" y ermanece constante mientras dure el roceso de cambio de estado. ,s aquella ;

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temeratura en la cual la materia cambia de estado l#quido a gaseoso" es decir se ebulle. ,8resado de otra manera" en un l#quido" el unto de ebullición es la temeratura a la cual la resión de vaor del l#quido es igual a la resión del medio que rodea al l#quido. ,n esas condiciones se uede formar vaor en cualquier unto del l#quido. La temeratura de una sustancia o cuero deende de la energ#a cinética media de las moléculas.  A temeraturas inferiores al unto de ebullición" sólo una equea fracción de las moléculas en la suerficie tiene energ#a suficiente ara romer la tensión suerficial y escaar. ,ste incremento de energ#a constituye un intercambio de calor  que da lugar al aumento de la entro#a  del sistema 'tendencia al desorden de las art#culas que lo comonen(. ,l unto de ebullición  deende de la masa molecular  de la sustancia y del tio de las fuer*as intermoleculares de esta sustancia. 5ara ello se debe determinar si la sustancia es covalente olar" covalente no olar" y determinar el tio de enlaces ' diolo ermanente / diolo inducido o uentes de 6idrógeno(.

COND"NSACIÓN Se denomina condensación al cambio de fase de la materia que se encuentra en forma gaseosa 'generalmente vaores( y asa a forma l#quida. ,s el roceso inverso a la vaoración. Si se roduce un aso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa" el roceso es llamado sublimación inversa. Si se roduce un aso del estado l#quido a sólido se denomina solidificación.

Proceso  Aunque el aso de gas a l#quido deende" entre otros factores" de la resión y de la temeratura" generalmente se llama condensación al tr!nsito que se roduce a resiones cercanas a la ambiental. uando se usa una sobreresión elevada ara for*ar esta transición" el roceso se denomina licuefacción. ,l roceso de condensación suele tener lugar cuando un gas es enfriado 6asta su unto de roc#o" sin embargo este unto también uede ser alcan*ado variando la resión. ,l equio industrial o de laboratorio necesario ara reali*ar este roceso de manera artificial se llama condensador . La ciencia que estudia las roiedades termodin!micas del aire 6%medo y los efectos que tiene la variación de la 6umedad atmosférica sobre los materiales y el ser 6umano. Las interrelaciones entre los ar!metros que determinan la condición del aire 6%medo se reresentan en los diagramas sicrométricos. La condensación es un roceso regido con los factores en cometición de energ#a y entro#a. Bientras que el estado l#quido es m!s favorable desde el unto de vista energético" el estado gas es el m!s entróico.

Condensación en la naturaleza ,n la naturale*a se da el roceso de la condensación de vaor de agua al ba)ar la temeratura" or e)emlo" con el roc#o en la madrugada. ,l vaor sólo se condensa en una suerficie cuando la temeratura de dic6a suerficie es menor que la temeratura del vaor. Durante este roceso la molécula de agua libera energ#a en forma de calor" esto tiene arte de la resonsabilidad de la sensación de temeratura mayor en un ambiente muy c!lido y muy 6%medo: la 6umedad que 

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condensa en nuestra iel nos est! transmitiendo un calor adicional. Adicionalmente" esta 6umedad 6ace in%til el roceso natural de refrigeración or sudor  y evaoración. La temeratura ambiental también aumenta ligeramente.

 Aplicaciones La condensación es esencial ara el roceso de destilación" un roceso muy imortante tanto ara el traba)o en el laboratorio como ara alicaciones industriales. ,l 6ec6o de que la condensación sea un roceso natural" el llamado roc#o" rovoca que sea de gran utilidad ara conseguir agua: 5odemos encontrar muc6as estructuras creadas con el %nico roósito de conseguir agua a artir de la condensación" como el caso del estanque de roc#o o un colador ara recoger la 6umedad del aire. Buc6os de los sistemas que se usan ara recoger agua a artir de la condensación son usados ara arovec6ar y mantener la 6umedad de la tierra en *onas con una avan*ada desertificación en roceso. Algunas organi*aciones educan a los 6abitantes de dic6as *onas ara ayudarles a afrontar la situación.

SU#LI*ACIÓN Del lat#n sublimāre, también denominado volatili*ación" es el roceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin asar or el estado l#quido. Al roceso inverso se le denomina de%osición o su)limación &e+&esi$a$ es decir" el aso directo del estado gaseoso al estado sólido. &n e)emlo cl!sico de sustancia caa* de sublimarse a resión y temeratura ambiente es el 6ielo seco.

El ciclo del agua y la sublimación ,l agua uede encontrarse en cuatro estados: sólida" l#quida" gaseosa y lasm!tica. ,l agua en la Tierra constituye la 6idrosfera"   y se distribuye en tres tios de reservas o comartimentos esenciales" articularmente dentro del medio ecológico" los océanos" los continentes y la atmósfera" entre los que e8iste una continua circulación que configura el ciclo 6idrológico. ,l ciclo 6idrológico es mantenido or la radiación del sol"   que roorciona la energ#a" y la fuer*a gravitatoria " que condiciona y orienta la circulación. 5or medio de esta secuencia de fenómenos" el agua de la suerficie terrestre asa como vaor a la atmósfera y regresa a sus fases l#quidas y sólidas a través de las diversas formas de reciitación. ,l agua asa al estado de vaor" no sólo or la evaoración directa y la transiración de las lantas y animales" sino or sublimación 'aso directo del agua sólida a vaor de agua(.

El fenómeno de sublimación progresiva Los sólidos tienen resiones de vaor" caracter#sticas que oscilan con la temeratura como sucede con l#quidos. Aumentando la temeratura" aumenta también la resión de vaor   del sólido. ,l suceso de la estabili*ación de un sólido con vaor saturado" que var#a su resión con la temeratura" a esa infle8ión se llama curvatura de sublimación. ,ste fenómeno ocurre a menor  resión y menor temeratura que el unto trile de un Diagrama de fase de la sustancia estudiada. Se determina como sublimación el indicar la conversión directa sólido/vaor" sin la intervención C

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l#quida. 5or e)emlo" la urificación del yodo" a*ufre" naftaleno o !cido  ben*oico resultan muy viables or sublimación" debido a que las resiones de vaor de estos sólidos tienen valores bastante elevados. Los olores caracter#sticos de muc6as sustancias sólidas" como las nombradas" son debido a que estas sustancias tienen una resión de vaor areciable a temeratura ambiente. tro e)emlo es el m!s com%n ara ilustrar sublimación es a través de 6ielo seco" que es el nombre com%n que se le da al  2 sólido. uando el 6ielo seco se e8one al aire" éste comien*a a sublimar 'se convierte en vaor(. Algunos e)emlos odr#an ser: /&na naftalina cuando se ec6a a la sartén asa de sólido a gas inmediatamente.

El fenómeno de sublimación regresiva o inversa deposición! ,s el roceso inverso a la sublimación rogresiva" es decir" el aso directo de gas a sólido. 5or  e)emlo" cuando se roducen vaores al calentarse cristales de yodo y luego se one sobre ellos un ob)eto que est! muy fr#o$ entonces" los vaores se transformar!n nuevamente en cristales de yodo. Históricamente la alabra sublimado se refirió a las sustancias formadas or deosición a artir de IvaoresJ 'gases(" como el Isublimado corrosivoJ" cloruro merc%rico"   formado or  alteración de los calomelanos cristali*ado obtenido durante las oeraciones alqu#micas. ualquier sustancia ura uede sublimarse" esto es debido a condiciones de resiones sueriores y temeraturas inferiores a la que se roduce dic6a transición. ,n la naturale*a la sublimación inversa se observa en la formación de la nieve o de la escarc6a. Las art#culas artiendo de las cuales se roduce la acreción o acrecimiento lanetario" se forman or sublimación inversa a artir  de comuestos en estado gaseoso originados en suernovas.

D"SIONIZACIÓN ,s el cambio de un lasma a gas.

IONIZACIÓN ,s el cambio de un gas a un lasma.



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