La materia puede existir en uno de varios estados diferentes, incluyendo un estado gaseoso, líquido o sólido. La cantidad de energía en moléculas de materia determina el estado de la materia.

• Un gas es un estado de la materia en el que los átomos o moléculas tienen suficiente energía para moverse libremente. Las moléculas entran en contacto unas con otras solo cuando chocan aleatoriamente.
• Un líquido es un estado de la materia en el que átomos o moléculas están en contacto constante, pero tienen suficiente energía para seguir cambiando de posición en relación entre sí.
• Un sólido es un estado de la materia en el que los átomos o moléculas no tienen suficiente energía para moverse. Están en contacto constante y en posiciones fijas en relación entre sí.

los siguientes son Los cambios de estado:

• Si el calor a una sustancia, como en la fusión, vaporización y sublimación, el proceso es endotérmico. En este caso, el calor aumenta la velocidad de las moléculas haciendo que se muevan más rápido (ejemplos: sólido a líquido; líquido a gas; sólido a gas).
• Si se elimina calor de una sustancia, como en la congelación y la condensación, el proceso es exotérmico. En este caso, el calor disminuye la velocidad de las moléculas haciendo que se muevan más lentamente (ejemplos: líquido a sólido; gas a líquido). Estos cambios liberan calor al entorno.
• La cantidad de calor necesaria para cambiar una muestra de sólido a líquido sería la misma para revertir de líquido a sólido. La única diferencia es la dirección de transferencia de calor.

Ejercicio \ (\pageIndex{1}\)

Etiquete cada uno de los siguientes procesos como endotérmicos o exotérmicos.

1. condensación de vapor de agua
2. fusión de oro

Respuesta

a. exotérmica

b. endotérmico

Un cambio de fase es un proceso físico en el que una sustancia pasa de una fase a otra. Por lo general, el cambio se produce al agregar o eliminar calor a una temperatura particular, conocida como el punto de fusión o el punto de ebullición de la sustancia. El punto de fusión es la temperatura a la cual una sustancia pasa de un sólido a un líquido o de líquido a sólido). El punto de ebullición es la temperatura a la que una sustancia pasa de un líquido a un gas (o de un gas a un líquido). La naturaleza del cambio de fase depende de la dirección de la transferencia de calor. El calor que entra en una sustancia la cambia de un sólido a un líquido o de un líquido a un gas. Al eliminar el calor de una sustancia, un gas se convierte en líquido o un líquido en sólido.

Cabe destacar dos puntos clave. En primer lugar, en el punto de fusión o de ebullición de una sustancia, pueden existir dos fases simultáneamente. Tome el agua (H2O) como ejemplo. En la escala Celsius, el H2O tiene un punto de fusión de 0 ° C y un punto de ebullición de 100°C. A 0°C, pueden coexistir las fases sólida y líquida del H2O. Sin embargo, si se agrega calor, parte del H2O sólido se derretirá y se convertirá en H2O líquido. Si se elimina el calor, sucede lo contrario: parte del H2O líquido se convierte en H2O sólido. Un proceso similar puede ocurrir a 100°C: agregar calor aumenta la cantidad de H2O gaseoso, mientras que eliminar el calor aumenta la cantidad de H2O líquido (Figura \(\pageIndex{1}\)).

En segundo lugar, como se muestra en la figura \(\pageIndex{1}\), la temperatura de una sustancia no cambia a medida que la sustancia pasa de una fase a otra. En otras palabras, los cambios de fase son isotérmicos (isotérmicos significa «temperatura constante»). Una vez más, considere el H2O como un ejemplo. El agua sólida (hielo) puede existir a 0°C. Si se agrega calor al hielo a 0°C, parte del sólido cambia de fase para hacer líquido, que también está a 0°C. Recuerde, las fases sólida y líquida del H2O pueden coexistir a 0°C. Solo después de que todo el sólido se haya derretido en líquido, la adición de calor cambia la temperatura de la sustancia.

Para cada cambio de fase de una sustancia, hay una cantidad característica de calor necesaria para realizar el cambio de fase por gramo (o por mol) de material. El calor de fusión (ΔHfus) es la cantidad de calor por gramo (o por mol) requerida para un cambio de fase que ocurre en el punto de fusión. El calor de vaporización (ΔHvap) es la cantidad de calor por gramo (o por mol) necesaria para un cambio de fase que se produce en el punto de ebullición. Si conoce el número total de gramos o moles de material, puede usar el ΔHfus o el ΔHvap para determinar el calor total que se transfiere para fundir o solidificar utilizando estas expresiones:

\

donde \(n\) es el número de moles y \(ΔH_{fus}\) se expresa en energía/mol o

\

donde \(m\) es la masa en gramos y \(ΔH_{fus}\) se expresa en energía/gramo.

Para la ebullición o condensación, utilice estas expresiones:

\

donde \(n\) es el número de moles) y \(ΔH_{vap}\) se expresa en energía/mol o

\

donde \(m\) es la masa en gramos y \(ΔH_{vap}\) se expresa en energía/gramo.

Recuerde que un cambio de fase depende de la dirección de la transferencia de calor. Si el calor se transfiere, los sólidos se convierten en líquidos, y los líquidos se convierten en sólidos en los puntos de fusión y ebullición, respectivamente. Si el calor se transfiere, los líquidos se solidifican y los gases se condensan en líquidos. En estos puntos, no hay cambios en la temperatura como se refleja en las ecuaciones anteriores.

La tabla \(\pageIndex{1}\) enumera los calores de fusión y vaporización de algunas sustancias comunes. Nota: las unidades en estas cantidades; al utilizar estos valores en la resolución de problemas, asegúrese de que las otras variables en su cálculo se expresa en unidades consistentes con las unidades de los calores específicos o los calores de fusión y vaporización.