1. Observación y experimentación:
* ICE DE MEDIDO: Puede observar que el hielo se derrite cuando se aplica el calor. Si simplemente agregara calor a un bloque de hielo, la temperatura aumentaría hasta que alcance 0 ° C (32 ° F). Sin embargo, la temperatura permanece constante en este punto hasta que todo el hielo se derrite. Esta temperatura constante indica que la energía térmica se está utilizando para romper los enlaces entre las moléculas de agua, cambiando el estado de sólido a líquido, en lugar de elevar la temperatura.
* agua hirviendo: Del mismo modo, cuando el agua hierve, su temperatura permanece a 100 ° C (212 ° F) incluso con una aplicación de calor continuo. Esto muestra que la energía se está utilizando para el cambio de estado (líquido a gas) en lugar de aumentar la temperatura.
* congelamiento y condensación: Los procesos inversos también muestran esto. El agua congelada requiere eliminar el calor, y la condensación del vapor libera calor.
2. Calorimetría:
* Capacidad de calor específica: Cada sustancia tiene una capacidad de calor específica, que es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de 1 gramo de esa sustancia en 1 grado Celsius. Cuando una sustancia se somete a un cambio de estado, la energía térmica requerida es significativamente mayor de lo que se necesitaría para simplemente elevar su temperatura. Esto indica que la energía se está utilizando para romper o formar enlaces, no solo aumentar la energía cinética de las moléculas.
* Entalpía de fusión y vaporización: Estos valores representan la cantidad de calor requerida para derretir o vaporizar una cantidad específica de sustancia. Los valores son significativos, destacando la gran cantidad de energía necesaria para estos cambios de estado.
3. Explicación del nivel molecular:
* Fuerzas intermoleculares: El estado de la materia está determinado por la fuerza de las fuerzas intermoleculares (FMI) entre las moléculas. Los estados sólidos tienen FMI fuertes, manteniendo las moléculas firmemente juntas. Los líquidos tienen FMI más débiles, lo que permite un mayor movimiento. Los gases tienen FMI muy débiles, lo que permite que las moléculas se extiendan libremente. Romper o formar estos enlaces requiere energía significativa.
* Energía cinética: A medida que se agrega energía térmica, las moléculas dentro de una sustancia ganan energía cinética y se mueven más rápido. Durante un cambio de estado, este aumento de la energía se usa para superar los FMI que mantienen juntas las moléculas.
4. El calor de la fusión y la vaporización:
* calor de fusión: La cantidad de calor requerida para cambiar 1 gramo de una sustancia de un sólido a un líquido en su punto de fusión.
* Calor de vaporización: La cantidad de calor requerida para cambiar 1 gramo de una sustancia de un líquido a un gas en su punto de ebullición.
Conclusión:
La evidencia respalda abrumadoramente la idea de que los cambios de estado requieren energía que de otro modo causaría un aumento de temperatura. Esta energía se usa para superar las fuerzas intermoleculares que sostienen las moléculas en su estado actual y les permiten hacer la transición a un estado diferente de materia.
