Calor de fusión y calor de vaporización: definiciones y ecuaciones
Calor de fusión y ecuación
Es sábado por la noche y está deseando pasar una noche divertida y emocionante con sus amigos. ¿Qué eventos salvajes y locos tienes planeados? ¿Quizás pizza? ¿Una película? ¿Un poco de cerveza de raíz flota? No, no y no.
Entonces, ¿qué es esta noche “divertida y emocionante”? Tú y tus amigos están a punto de tener una fiesta de química. Entonces, tome sus tubos de ensayo, gafas y batas de laboratorio y prepárese para tener una noche salvaje y loca llena de química.
Empezarás la velada juntando unos cubitos de hielo y colocándolos sobre la mesa de la cocina. Claro, ver el hielo derretirse no suena particularmente emocionante, pero en realidad están sucediendo muchas cosas con las moléculas dentro de ese cubo de hielo.
Antes de hablar sobre las moléculas, repasemos un poco de vocabulario.
- La fusión o fusión es cuando un sólido se convierte en líquido.
- La congelación o solidificación es cuando un líquido se convierte en sólido.
Estoy seguro de que ha escuchado las palabras ‘derretir’ y ‘congelar’ antes, pero la fusión y la solidificación pueden ser nuevas para usted.
Bien, volvamos a tu cubito de hielo. La energía térmica de la mesa hace que las moléculas del cubo de hielo comiencen a moverse más rápido. También se alejan cada vez más.
Para convertir un sólido en un líquido, se requiere una cierta cantidad de energía. A esto se le llama calor de fusión . Recuerde, fusión significa derretirse, por lo que puede ver de dónde obtiene su nombre. De todos modos, el calor de fusión es la cantidad de energía necesaria para cambiar una sustancia de un sólido a un líquido en su punto de fusión.
Vale la pena señalar que se necesita energía para que algo se derrita, pero la energía se emite cuando algo se congela. También vale la pena señalar que existe un calor de solidificación, que es la energía liberada cuando un líquido se convierte en sólido en su punto de congelación. Recuerde, solidificación significa convertir un líquido en sólido, para que pueda ver cómo el calor de solidificación recibe su nombre. Pero, por ahora, el foco de tu fiesta de la química es el calor de la fusión y ese cubo de hielo que se derrite, ¡así que volvamos a eso!
El calor de fusión se puede medir en julios por gramo, o J / g , o calorías por gramo, o cal / g . Para simplificar las cosas, usaremos cal / g en esta lección.
Tanto los julios como las calorías son medidas de energía. Es posible que esté familiarizado con las calorías (con una C mayúscula), que también se conoce como kilocaloría o la caloría que ve en la etiqueta de un alimento. Para que pueda identificarse con lo que es una caloría, hay 1,000 calorías en 1 caloría de alimento (o kilocaloría).
Entonces, su cubito de hielo se derritió y ahora tiene un charco de agua en la mesa de su cocina. Puede que estés pensando que tu fiesta de la química está llegando a su fin, ¡pero no te preocupes! Las cosas están a punto de ponerse aún más emocionantes. ¡Hay una fórmula que puede usar que involucra el calor de fusión!
Y aquí está:
el calor de fusión = energía térmica / masa
Dónde:
- el calor de fusión es H subíndice f
- la masa es m
- y la energía térmica es q
Ya que es una fiesta de química, ¡creo que deberíamos probar esta fórmula! ¡Tratemos de averiguar cuánta energía térmica se requirió para convertir ese cubo de hielo en un charco de líquido en su punto de fusión! En otras palabras, usaremos la fórmula para resolver q .
- Necesitamos determinar la masa del cubo de hielo en gramos. No se preocupe si no tiene una báscula disponible. Yo te ayudaré. La masa de tu cubito de hielo es 4.0 gramos, entonces m = 4.0 gramos.
- Calcula el calor de fusión del agua. Hay tablas disponibles en Internet y en algunos libros de texto de química. Cada sustancia tiene su propio calor de fusión y el calor de fusión del agua es de 79,7 cal / g.
- Inserte estos en la ecuación y resuelva para q .
Multiplica por 4.0 g en ambos lados para que puedas obtener q por sí solo.
Tu respuesta es 318,8 calorías. Por lo tanto, se necesitan 318,8 calorías para convertir un cubo de hielo de 4,0 g en un líquido, que es menos de 1 caloría de comida. Recuerde, hay 1,000 calorías con una pequeña ‘c’ en 1 de las calorías con una gran ‘C’ con las que estamos familiarizados en las etiquetas de los alimentos.
Calor de vaporización y ecuación
Justo cuando pensaba que su fiesta de derretimiento de hielo no podría ser más emocionante, ¡hierva un poco de agua! Pero primero saquemos un par de palabras de vocabulario nuevo.
- La ebullición o vaporización es cuando un líquido se convierte en gas.
- La condensación es cuando un gas se convierte en líquido.
Bien, ¡pongamos un poco de agua en una olla y veamos cómo hierve! A medida que el agua se calienta, las moléculas comienzan a rebotar como locas y se separan cada vez más.
El calor de vaporización es la cantidad de energía necesaria para convertir un líquido en gas en su punto de ebullición. Al igual que con la fusión, se necesita energía para convertir un líquido en gas, pero la energía se pierde cuando un gas se convierte en líquido. También hay un calor de condensación, que significa la cantidad de energía que se libera cuando un gas se convierte en líquido en su punto de condensación. Pero nuestro enfoque aquí es el calor de la vaporización.
Y lo adivinaste, hay otra fórmula para ti, pero no te preocupes. Es muy similar al primero.
El calor de vaporización = energía térmica / masa
Dónde:
- el calor de vaporización está representado por H subíndice v
- la masa sigue siendo m
- y la energía térmica sigue siendo q
Solo para asegurarnos de que lo comprende, hagamos un problema con esta fórmula. Intentemos averiguar cuánta energía térmica se requiere para hervir el agua en su punto de ebullición.
- Bueno, tenemos que averiguar la masa de agua. ¡Espere! No lo derrames sobre la balanza. Puede encontrar su masa colocando una olla en la balanza, poniéndola a cero y luego agregando el agua. Bien, parece que son 4 gramos, entonces m = 4 g.
- Necesitaremos averiguar el calor de vaporización del agua, que se puede encontrar en Internet o en la mesa de un libro de texto. Es 539 cal / g, entonces H subíndice v = 539 cal / g.
- Ahora conectaremos esos números en la fórmula y resolveremos q , como antes.
Si multiplica 4 en ambos lados, obtiene 2156 calorías, que son aproximadamente 2 calorías de alimentos (si tiene curiosidad). Entonces, probablemente hayas notado que se necesita mucha más energía para hervir el agua que para derretirla.
Resumen de la lección
Se hace tarde, así que es hora de terminar tu fiesta de química, ¡pero apuesto a que el lunes tu fiesta será la comidilla de la ciudad! ¡Repasemos algunos términos importantes para que puedas decirles a todos lo increíble que fue tu noche!
- Cuando un sólido se convierte en líquido, se llama fusión o fusión.
- La fusión requiere energía, mientras que la congelación la pierde.
- El calor de fusión es la cantidad de energía necesaria para transformar un sólido en líquido en su punto de fusión.
- Cuando un líquido se convierte en sólido, se produce congelación o solidificación.
- Cuando un líquido se convierte en gas, se llama ebullición o vaporización.
- El calor de vaporización es la energía necesaria para transformar un líquido en gas en su punto de ebullición.
- Hervir requiere energía, mientras que la condensación la pierde.
- Tanto el calor de fusión como el calor de vaporización forman parte de una fórmula.
Ahora que está armado con su calor de fusión y su información de calor de vaporización, está a punto de ser un químico caliente, ¡pero no demasiado caliente, no quiere vaporizar!
Los resultados del aprendizaje
Después de esta lección, debería poder:
- Definir fusión, solidificación, vaporización y condensación.
- Explica qué son el calor de fusión y el calor de vaporización.
- Identificar las ecuaciones para el calor de fusión y el calor de vaporización.
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