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11.12:

Curvas de Calentamiento y Enfriamiento

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Chemistry
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Heating and Cooling Curves

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Calentar o enfriar una sustancia provoca cambios de temperatura, seguidos de cambios de fase. Calentar una sustancia aumenta la energía térmica de sus moléculas, que se refleja como un aumento de temperatura hasta alcanzar un punto de transición. Cuando la sustancia ha absorbido suficiente calor, las fuerzas de atracción entre sus moléculas se superan, lo que lleva a una transición de fase a una temperatura constante.Una vez que se completa la transición, el calentamiento da como resultado un aumento de temperatura nuevamente. Cuando se elimina el calor de la sustancia, la disminución de la energía térmica de sus moléculas corresponde a una disminución de la temperatura, hasta alcanzar un punto de transición. entonces, la temperatura permanece constante a medida que se restablecen las fuerzas intermoleculares más fuertes durante el cambio de fase.El comportamiento de una sustancia en respuesta a los cambios de temperatura se puede modelar utilizando curvas de calentamiento o curvas de enfriamiento, donde el cambio de temperatura se representa en función del calor agregado o eliminado. Considere un beaker lleno de cubos de hielo, inicialmente a 20 C grados Celsius. A medida que fluye el calor, la temperatura del hielo aumenta de manera constante.La cantidad de calor absorbido al calentar el hielo depende de la capacidad calorífica específica del hielo. Una vez que se alcanza el punto de fusión del hielo, la temperatura deja de subir a pesar del flujo continuo de calor. Los efectos del calor absorbido debilitan las fuerzas intermoleculares hasta que el hielo se derrite por completo en agua líquida.La meseta del equilibrio sólido-líquido es característica de la transición de fase a temperatura constante. El cambio de entalpía entre el principio y el final de la meseta indica la cantidad de calor necesaria para el proceso de fusión, o en otras palabras, la entalpía de fusión del agua. Una vez que se completa el proceso de fusión, el calor absorbido da como resultado el correspondiente aumento lineal de la temperatura.La capacidad calorífica específica del agua dicta la cantidad de calor absorbido. En el punto de ebullición, la temperatura deja de subir. En cambio, el calor absorbido contribuye a superar las fuerzas de atracción entre las moléculas de agua hasta que el agua se vaporiza por completo.La meseta del equilibrio líquido-gas representa la transición de fase a una temperatura constante. El cambio de entalpía entre el principio y el final de la meseta es la entalpía de vaporización del agua. Una vez que todo el líquido se ha transformado en vapor, el calor adicional hace que la temperatura vuelva a subir.

11.12:

Curvas de Calentamiento y Enfriamiento

Cuando una sustancia— aislada de su entorno—se somete a cambios de calor, se observan los cambios correspondientes en la temperatura y fase de la sustancia, representados gráficamente por curvas de calentamiento y enfriamiento.

Por ejemplo, la adición de calor aumenta la temperatura de un sólido; la cantidad de calor absorbido depende de la capacidad calorífica del sólido (q = mcsólidoΔT). Según la termoquímica, la relación entre la cantidad de calor absorbido o liberado por una sustancia, q, y el cambio de temperatura acompañante, ΔT, es:

Eq1

donde m es la masa de la sustancia y c es su calor específico. La relación se aplica a la materia que se está calentando o enfriando, pero no cambiando de estado.

Cuando la temperatura es lo suficientemente alta, el sólido comienza a derretirse (Figura 1, punto A). El calor absorbido depende de la capacidad térmica del sólido (q =mcsólidoΔT) y se observa una meseta en su punto de fusión. La meseta indica un cambio de estado de sólido a líquido, durante el cual la temperatura no aumenta debido al calor de fusión (q =mΔHfusión). En otras palabras, una mayor ganancia de calor es el resultado de la disminución de las atracciones intermoleculares, en lugar de aumentar las energías cinéticas moleculares. En consecuencia, mientras una sustancia está cambiando de estado, su temperatura permanece constante.

Una vez que el sólido se ha fundido completamente (Figura 1, punto B), el líquido comienza a calentarse y experimenta un aumento de temperatura. El calor absorbido depende de la capacidad térmica del líquido (q = mclíquidoΔT). Cuando el líquido alcanza su punto de ebullición, el líquido comienza a evaporarse (Figura 1, punto C) y la temperatura permanece constante a pesar de la continua entrada de calor. Se observa otra meseta (temperatura constante) en el punto de ebullición del líquido durante la transición de líquido a gas debido al calor de vaporización (q = mΔHvap). Esta misma temperatura es mantenida por el líquido mientras esté hirviendo. Si el calor es proporcionado a una mayor velocidad, la temperatura del líquido no aumenta, sino que la ebullición se vuelve más vigorosa (rápida). Después de que todo el líquido se haya vaporizado (Figura 1, punto D), la temperatura del gas aumenta.

Image1

Figura 1. La curva de calentamiento representativa de una sustancia muestra los cambios de temperatura que se producen a medida que la sustancia absorbe cantidades crecientes de calor. Las mesetas de la curva (regiones de temperatura constante) se muestran cuando la sustancia sufre transiciones de fase.

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