Los efectos del calor en la materia

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COLEGIO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA Nº 3118 “NTRA. SRA. DE COVADONGA”
FÍSICO –QUÍMICA 2º AÑO
Prof. Marcos Lazzarini
“LOS EFECTOS DEL CALOR EN LA MATERIA”
1 - Introducción
Los diferentes materiales en el planeta tierra permanente intercambian calor, es decir transfieren energía calórica
entre ellos, siempre desde el cuerpo más caliente al más frío, lo que provoca cambios en la temperatura de los
mismos. Más adelante anualizaremos con más rigor científico la relación entre el calor y la temperatura.
En nuestro universo, los cambios que produce la acción
del calor en la materia se pueden resumir en 4 estados:
sólido, líquido, gaseoso y plasma. El plasma es un estado
que se da cuando un gas se expone a muy grandes
temperatura, ionizándolo, formando cargas eléctricas.
Un ejemplo de ello son las estrellas, la descarga de un
rayo en el aire, los tubos de neón.
Vamos a estudiar la incidencia del calor solamente en los estados sólido, líquido y gaseoso ya que se pueden
2 - El Modelo Cinético - Molecular.
El modelo cinético molecular se basa en la Teoría Cinética Molecular propuesto por Robert Boyle para explicar la
discontinuidad de la materia y el comportamiento de los gases frente a los cambios de presión y la temperatura.
Dicho modelo permite explicar que sucede en la materia a nivel molecular cuando esta absorbe o cede calor. Tiene
en cuenta lo siguiente parámetros:

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

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Las partículas o moléculas de la materia como pequeñas esferitas.
El “movimiento de las moléculas”, es decir, la energía de traslación ( energía cinética), energía de rotación y
vibración)
La fuerza de atracción o cohesión entre las moléculas.
Los espacios intermoleculares.
Número de choques entre las moléculas (energía potencial).
Todos los componentes del modelo se estudian en función temperatura (calor) y la presión. Por ahora solamente te
ten en cuenta, algo que ya sabes de la experiencia de la vida diaria, que la temperatura tiene una relación directa con
el calor.
¿Qué sucede con los parámetros del modelo si aumentamos la temperatura en los siguientes simuladores del
comportamiento molecular de los 3 estados de la materia?
Desliza el cursor para aumentar o disminuir la temperatura, que indirectamente es una medida del calor. Observa
como varían cada elemento que tiene en cuenta el modelo cinético - molecular.
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VER ANIMACIÓN
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A - Al aumentar la temperatura, es decir, es decir el material absorbe calor (energía Calórica) se produce:
 mayor movimiento molecular ( energía cinética).
 disminución de las fuerzas de atracción.
 aumento de los espacios intermoleculares.
B - Al disminuir la temperatura, es decir, el material perder o ceder calor (energía Calórica) al medio se producirá:
 menor movimiento molecular (energía cinética).
 Aumento de las fuerzas de atracción.
 diminución de los espacios intermoleculares.
Resumiendo:
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7 – LA EFECTOS DEL CALOR EN LOS CAMBIOS DE ESTADOS Y SUS PROPIEDADES TÉRMICAS.
Los cambios de estado de la materia se clasifican de acuerdo al calor absorbido o cedido al medio, en:
A. Cambios progresivos: Se dan cuando el sistema material absorbe energía calórica del medio que lo rodea.
B. Cambios regresivos: Se dan cuando el sistema material cede energía calórica al medio que lo rodea.
En base a esta clasificación se dan los diferentes pasajes de estado de la materia como se muestra en la siguiente
imagen:
Los mismos se resumen en el siguiente cuadro:
Lo mismo ocurre en la dilatación de un material:
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A. Pasaje del estado sólido al líquido.
El sólido al absorber calor provoca el aumento de movilidad molecular.
La arquitectura molecular del sólido se desmorona haciendo que cada
molécula se desplace una sobre la otra pasando al estado líquido.
A este cambio de estado se lo denomina “Fusión” y a la temperatura
que se produce “Punto de fusión”. Para el caso del agua sólida (hielo)
que pasa a agua líquida la temperatura de fusión es de 0ºC.
Es importante destacar que mientras se produce el cambio de estado
sólido al líquido la temperatura de fusión no varía mientras haya sólido
sin fusionar, es decir, hay un equilibrio entre calor ganado por el líquido
y perdido por el sólido (hielo), en ambos casos el calor es constante y se
denomina “Calor latente de Fusión”.
C. Pasaje del estado Líquido al gaseoso.
Este cambio de estado es común en nuestra vida diaria. Por ejemplo,
cuando se evaporan los charcos de agua después que llueve, cuando
esperamos el hervor del agua para comer unas ricas pastas.
Este cambio de estado en donde al cederle calor al líquido, aumenta
su energía cinética, de esa forma, se adquieren una enorme movilidad
molecular, permite el pasaje al estado gaseoso.
A este cambio de estado se lo denomina “Ebullición” y a la
temperatura que se produce “Punto de Ebullición”. Para el caso del
agua Líquida que pasa a agua gaseosa o vapor de agua la temperatura
de ebullición es de 100ºC a la presión de 1 atmósfera.
Es importante destacar que mientras se produce el cambio de estado Líquido al gaseoso la temperatura de ebullición
no varía mientras haya líquido sin evaporar, es decir, hay un equilibrio entre el calor ganado por el gas y perdido por
el líquido, manteniéndose constante, se lo denomina “Calor latente de Ebullición”.
El cambio de líquido a Sólido puede recibir 2 nombre:
 La evaporización.
 La ebullición.
La “evaporización” se da en la superficie del líquido, cuando las moléculas que se encuentran en ella adquieren
suficiente energía calórica del medio, la transforma en energía cinética, al adquirir mayor movimiento las moléculas
abandonan la superficie del líquido para pasar al estado gaseoso. El pasaje de toda la masa líquida a vapor se da con
mayor lentitud que en la ebullición.
El siguiente video muestra el estado molecular del líquido, en él se observa como
las moléculas de la superficie al absorber energía calórica del medio ambiente
alcanzan la energía cinética necesaria para escaparse y pasar al estado gaseoso por
evaporización.
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Por otro lado, la “ebullición” se da en toda la masa del líquido, todas las moléculas del líquido adquieren la misma
cantidad de calor (energía calórica) y por lo tanto todas tendrán suficiente energía cinética para abandonar el estado
líquido y pasar al gaseoso. El pasaje del estado líquido al gaseoso se da con más rapidez.
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D. Pasaje de estado sólido al gaseoso.
Hay determinados materiales que al absorber calor de una fuente energética o simplemente del medio ambiente,
sus moléculas adquieren suficiente energía cinética (movimiento) para pasar directamente al estado gaseoso. A este
cambio de estado se lo denomina “Sublimación”. Por lo tanto la temperatura en que se produce dicho cambio se
llama “Punto de sublimación” y al calor puesto en juego “Calor latente de sublimación”
Un ejemplo práctico es el caso de la naftalina, que comúnmente se usa como anti-polillas para la ropa. La misma
sublima a temperatura ambiente, lo que hace que se sienta el olor característico de la naftalina.
Aquí dejo dos videos donde se pone en evidencia, mediante una experiencia, la sublimación de la naftalina.
Haz clic para ver el video
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A. Pasaje del estado gaseoso a líquido.
Se puede dar de 2 formas diferentes, por:
 Condensación: Se da a temperatura
ambiente, se produce cuando un gas al encontrar un medio más frío, con menor
temperatura, ceder calor, disminuye su energía cinética, se estrechan los espacio
intermoleculares, y de esa forma pasa al estado líquido. Un ejemplo sería los vidrios
que se empañan en invierno.
 Licuación: Se produce cuando un gas es
sometido a altas presiones y muy bajas temperaturas. Estas dos situaciones provocan
que los espacios intermoleculares disminuyan, lo que hace que haya un mayor
número de choques entre las moléculas, que se traduce en un aumento de la
temperatura. Como ejemplo, este cambio de estado se observa en el caso de la
garrafa de gas envasado, el nitrógeno líquido, los aerosoles, etc. En los aerosoles, al
agitarlos con mucha energía, se siente el aumento de temperatura por los choques.
B. Pasaje del estado gaseoso a sólido.
A este pasaje se lo denomina "sublimación inversa o regresiva" a
diferencia de la "sublimación progresiva", esta se produce por una
disminución importante de la temperatura que hace que las moléculas
muy móviles de un gas pasen abruptamente a quedar con muy poca
movilidad , moviéndose "in situ", pasando al estado sólido. Es el caso de
los vapores de iodo cuando se los hace chocar en una superficie a muy
baja temperatura, pasa al estado sólido, como se observa en el video.
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B. Pasaje del estado Líquido a sólido.
Al pasaje de líquido a sólido se lo denomina “Solidificación”.
Las moléculas del líquido que se desplazan una sobre las otras, dejan de hacerlo, cuando pierden
calor y bajan su temperatura, disminuyendo la energía cinética a tal punto que las moléculas
quedan moviéndose en su lugar, de esta manera pasan en el estado sólido.