Chapter 11: Liquids, Solids, and Intermolecular Forces

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11.11:

Transiciones de Fase: Sublimación y Deposición

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Phase Transitions: Sublimation and Deposition

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Normalmente se observa que el hielo común se derrite en condiciones ambientales, pero el hielo seco no. En cambio, el hielo seco pasa directamente a la fase gaseosa. Esta transición de sólido a gas, sin pasar por la fase líquida, se conoce como sublimación.Generalmente, los compuestos que se subliman exhiben fuerzas intermoleculares débiles en el estado sólido. En el hielo seco o dióxido de carbono sólido, existen fuerzas de dispersión débiles entre las moléculas de dióxido de carbono. A presión atmosférica, el hielo seco permanece sólido por debajo de 78, 5 C grados Celsius.Sin embargo, a 78, 5 C grados Celsius, las moléculas de la superficie adquieren suficiente energía térmica para superar completamente las fuerzas de atracción y transformarse directamente a la fase de vapor. Este es el punto de sublimación del hielo seco. La cantidad de energía necesaria para sublimar un mol de un sólido se denomina calor molar de sublimación o entalpía molar de sublimación.Como la sublimación es un proceso endotérmico, su valor de entalpía es siempre positivo. El proceso inverso de la sublimación, es decir la transición directa de vapor a sólido, se llama deposición. Cuando las moléculas de gas colisionan con superficies sólidas más frías, pierden calor.Las colisiones múltiples dan como resultado una pérdida significativa de calor y las moléculas finalmente se depositan. Dado que la deposición implica una pérdida de energía, es un cambio de fase exotérmico con un valor de entalpía negativo. Aunque la entalpía de deposición es negativa, su magnitud es la misma que la entalpía de sublimación.Cuando la sublimación ocurre en un sistema abierto, la mayoría de las moléculas sublimadas se dispersan en el aire y nunca regresan. En consecuencia, la tasa de sublimación es mayor que la tasa de deposición. Sin embargo, en un sistema cerrado, se establece un equilibrio sólido-vapor en el punto de sublimación del sólido.La presión parcial que ejerce el gas en equilibrio dinámico con su sólido se denomina presión de vapor. Los sólidos que se subliman tienen altas presiones de vapor. El hielo seco, por ejemplo, tiene una presión de vapor de hasta 56, 5 atmósferas a 20 C grados Celsius.Sin embargo, dado que la mayoría de los sólidos tienen bajas presiones de vapor a temperaturas fácilmente accesibles, la sublimación no es común.

11.11:

Transiciones de Fase: Sublimación y Deposición

Algunos sólidos pueden pasar directamente al estado gaseoso, pasando por alto el estado líquido, a través de un proceso conocido como sublimación. A temperatura ambiente y presión estándar, un pedazo de hielo seco (CO₂ sólido) se sublima, simulando desaparecer gradualmente sin formar ningún líquido. La nieve y el hielo se subliman a temperaturas por debajo del punto de fusión del agua, un proceso lento que puede acelerarse por los vientos y la reducción de las presiones atmosféricas en altitudes elevadas. Cuando el yodo sólido se calienta, el sólido se sublima y se forma un vapor púrpura intenso. El reverso de la sublimación se llama deposición, un proceso en el cual las sustancias gaseosas se condensan directamente en el estado sólido, omitiendo el estado líquido. La formación de escarchas es un ejemplo de deposición.

Al igual que la vaporización, el proceso de sublimación requiere un aporte de energía para superar las atracciones intermoleculares. La sublimación es, por lo tanto, una transición de fase endotérmica. La entalpía de sublimación, ΔH_sub, es la energía requerida para convertir un mol de una sustancia del estado sólido al estado gaseoso. Por ejemplo, la sublimación del dióxido de carbono se representa mediante:

Del mismo modo, el cambio de entalpía para el proceso inverso de deposición es igual en magnitud pero opuesto en signo al de la sublimación. Debido a que la deposición implica la formación de fuerzas intermoleculares, es una transición de fase exotérmica.

Considere hasta qué punto deben superarse las atracciones intermoleculares para lograr una transición de fase determinada. Convertir un sólido en un líquido requiere que estas atracciones sean superadas sólo parcialmente; la transición al estado gaseoso requiere que se superen completamente. Como resultado, la entalpía de fusión de una sustancia es menor que su entalpía de vaporización. Esta misma lógica se puede utilizar para obtener una relación aproximada entre las entalpías de todos los cambios de fase de una sustancia determinada. Aunque no es una descripción totalmente precisa, la sublimación puede ser modelada convenientemente como un proceso secuencial de fusión en dos pasos seguido por la vaporización para aplicar la Ley de Hess. Visto de esta manera, la entalpía de sublimación de una sustancia puede ser estimada como la suma de sus entalpías de fusión y vaporización.

Este texto es adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 10.3: Transiciones de Fase.

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