CAMBIOS PROVOCADOS POR EL CALOR
C
uando proporcionamos calor a un cuerpo y se eleva su temperatura, ya sabemos que hay un aumento en la energía de agitación de sus átomos. Este incremento hace que la fuerza de cohesión de los átomos se altere, ocasionando modificaciones en su organización y separación. La absorción de calor por parte de un cuerpo puede provocar en él, un cambio de fase. Los cambios de fase o cambios provocados por el calor que pueden ocurrir en una sustancia, reciben denominaciones especiales. • • • • •
Fusión: cambio de sólido a líquido. Solidificación: cambio de líquido a sólido. Vaporización: cambio de líquido a gas. Condensación (o licuefacción): cambio de gas a líquido. Sublimación: Cambio directo de sólido a gas o de gas a sólido sin pasar por el estado líquido. Denominaciones que reciben los cambios de un estado físico a otro SUBLIMACIÓN
SÓLIDO
LÍQUIDO GAS SOLIDIFIC ACIÓN
FUSIÓN
CONDENSACIÓN
VAPORIZACIÓN
SUBLIMACIÓN
La cantidad de calor requerida para fundir una unidad de masa de una sustancia en su punto de fusión, se llama: calor latente de fusión para esa sustancia.
CALOR LATENTE DE FUSIÓN (Lf) Es el calor por unidad de masa necesario para cambiar la sustancia de la fase sólida a la líquida a su temperatura de fusión.
LF =
Q m
El término latente, surge del hecho de que la temperatura permanece constante durante el proceso de fusión. La cantidad de calor necesaria para evaporar una unidad de masa se llama: calor latente de vaporización. CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN (Lv) Es el calor por unidad de masa necesario para cambiar la sustancia de líquido a vapor a su temperatura de ebullición.
Lv =
Q m
Lf = Calor latente de fusión (J/Kg., cal/g., Btu/lb.) Lv = Calor latente de fusión (J/Kg., cal/g., Btu/lb.) Q = Cantidad de calor ( Joules, calorías,Btu) m = masa ( Kg., g. ) CALORES LATENTES DE FUSIÓN Y DE VAPORIZACIÓN A PRESIÓN ATMOSFÉRICA Punto de Calor latente de Punto de Calor latente de Material fusión cal/g vaporización cal/g fusión °C ebullición °C Helio ---------------------------- 269 5 Nitrógeno - 210 6.1 - 196 48 Oxígeno - 219 3.3 - 183 51 Agua 0 80.0 100 540 Mercurio -39 2.8 357 65 Plomo 327 5.9 1620 218 Etanol -114 25.0 78 204 Plata 961 21.0 2193 558 Plomo 1063 15.4 2660 377
EJERCICIOS RESUELTOS 1. ¿Qué cantidad de calor se necesita para transformar 50 kg de hielo de -5 oC a vapor a 100oC?.Especifica las calorías necesarias para cada cambio de Estado.
Datos
Fórmula
Desarrollo
El calor necesario para elevar la temperatura del hielo hasta su punto de fusión
m = 50kg c = 0.5 cal/goC T1 = -5°C T2 = 100°C Lf= 80 cal/g
Q= mc∆t
El calor requerido para fundir el hielo esta dado por:
Q= (50x10³g)(0.5 cal/g oC) [0°C-(-5oC)] Q1= 125x10³cal
Q2=(50x103g)(80cal/g) Q2=4000x103cal
Q= m Lf
El calor necesario para elevar la temperatura del agua resultante hasta 100oC:
Q= mc ∆t o
o
Q= (50x10³g )(1 cal/g C)(100-0 C) Q3= 5000x10³cal El calor evaporar
requerido para el agua:
Q=mLv El calor total que se
Q T requiere
Q= (50x10³g)(540cal/g) Q4= 27000x10³cal
= Q1+Q2+Q3+Q4 QT=
125x10³
cal.+4000x10³cal
+5000x10³cal+ 27000x10³cal QT=36125 x 10³cal