Por Chris Deziel , actualizado el 24 de marzo de 2022
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Si la temperatura ambiente alrededor de un trozo de hielo aumenta, la temperatura del hielo aumenta en consecuencia. Sin embargo, este aumento se detiene en el momento en que el hielo alcanza su punto de fusión:32 °F (0 °C). En ese instante el hielo sufre una transición de fase, convirtiéndose en agua líquida mientras su temperatura se mantiene fija hasta que se ha derretido por completo. Un sencillo experimento lo demuestra:dejar una taza con cubitos de hielo en un coche caliente y controlar la temperatura con un termómetro. El agua helada permanece a 32°F hasta que se derrita por completo; A partir de entonces, la temperatura aumenta rápidamente a medida que el líquido restante continúa absorbiendo calor del interior del automóvil.
Cuando calientas hielo, su temperatura aumenta hasta alcanzar los 32 °F y luego permanece constante mientras se derrite. El calor añadido rompe los enlaces de la red cristalina en lugar de aumentar la energía cinética.
Calentar el hielo aumenta la energía cinética de sus moléculas, haciendo que vibren más rápidamente. Hasta que se alcanza el punto de fusión, esta energía extra simplemente amplifica la vibración; las moléculas aún no pueden romper los enlaces reticulares que las mantienen en una estructura sólida. Una vez que el hielo alcanza los 32°F, las moléculas adquieren suficiente energía para desprenderse de la red. Por lo tanto, toda la energía térmica suministrada se consume durante la transición de fase, no aumentando la energía cinética del líquido. En consecuencia, la temperatura del agua permanece en 32°F hasta que todos los cristales se hayan derretido.
El mismo principio se aplica al agua hirviendo. Se calentará hasta 212°F (100°C), pero no excederá esa temperatura hasta que cada gota se haya convertido en vapor. Mientras permanezca agua líquida en la olla, su temperatura se mantendrá en 212 °F independientemente de la intensidad de la fuente de calor.
Se podría suponer que una mezcla de hielo y agua se calentaría uniformemente, pero en realidad la temperatura cerca del hielo permanece fija en el punto de fusión. En un recipiente grande de agua con un cubito de hielo, la mayor parte del agua puede elevarse por encima de los 32 °F, pero el entorno inmediato del hielo permanece a esa temperatura constante. Este equilibrio se produce porque a medida que el hielo se derrite, parte del agua circundante se vuelve a congelar, equilibrando el flujo de calor. El resultado neto es que la temperatura general no aumenta hasta que todo el hielo haya desaparecido.
La introducción de más calor aún puede producir un aumento lineal de temperatura; el hielo se derretirá más rápido y la temperatura del líquido restante aumentará. Sin embargo, el calor necesario para romper los enlaces reticulares domina hasta que se completa el cambio de fase.
La presión también juega un papel crucial. Al confinar el vapor en un recipiente sellado, se eleva el punto de ebullición, lo que permite que el agua permanezca líquida a temperaturas superiores a 212 °F. Este es el principio detrás de las ollas a presión y las calderas de vapor industriales.
