¿Qué es un cambio de fase?
Un cambio de fase , también conocido como cambio de estado , es cuando un material cambia entre dos estados diferentes de la materia, entre sólidos, líquidos y gases. El proceso en el que un sólido se convierte en líquido se llama fusión. El proceso de cuando un líquido se convierte en gas se llama hirviendo o evaporando. Cuando un gas se convierte en líquido, el proceso se denomina condensación. Finalmente, la congelación es el proceso en el que un líquido se convierte en sólido. Todo esto se basa en la distancia entre las moléculas de una sustancia.
Hoy vamos a investigar qué sucede durante estos cambios de fase usando agua. Veremos la conservación de la masa y algunas peculiaridades del agua.
Pasos del laboratorio de física
Para este laboratorio de física, necesitará:
- Una taza medidora
- Un vaso o recipiente de plástico
- Una escala
- Agua
- Un congelador
- Una cacerola y un quemador
- Un marcador
Paso 1: Mide la masa de tu taza usando la balanza.
Paso 2: Mide 250 mililitros de agua (o cualquier cantidad en realidad, siempre que lo anotes) y ponlo dentro de la taza. Marque el nivel del agua en el interior de la taza.
Paso 3: Mide la masa de la taza con el agua adentro. Resta la masa original de la taza para encontrar la masa del agua.
Paso 4: Coloque la taza en el congelador durante la noche.
Paso 5: A la mañana siguiente (o cuando el agua esté completamente congelada), saca la taza del congelador y marca el nivel del hielo con el marcador en el interior de la taza. Puede ser una buena idea escribir una abreviatura al lado de la muesca para asegurarse de saber qué marca es cuál.
Paso 6: Mide la masa de la taza y el hielo usando la balanza. Anote la cifra.
Paso 7: Deja que el hielo se derrita calentándolo o dejándolo a temperatura ambiente.
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Paso 8: Mide la masa de la taza y el hielo con la balanza. Anote la cifra.
Paso 9: Compare las dos marcas: ¿están a la misma altura? ¿Cuál fue más alto? Anote estas observaciones.
Paso 10: Vierte el agua en la cacerola y ponla a fuego medio.
Paso 11: Calentar el agua hasta que se evapore. Anote sus observaciones.
Si aún no lo ha hecho, ahora es el momento de pausar el video y comenzar. ¡Buena suerte!
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Análisis de los datos
¿Cuál era la masa del agua antes de que se congelara el hielo? ¿Qué fue después? Deberías haber descubierto que era lo mismo. Lo mismo es cierto cuando derritió el hielo nuevamente: la lectura en la escala siguió siendo la misma. Al congelar el agua, no hemos aumentado la cantidad de ‘cosas’ dentro de la taza, solo la forma en que están dispuestas. Esto se llama conservación de masa , la idea de que la masa no se crea ni se destruye.
Cuando finalmente hirvió el agua, probablemente observó que finalmente se fue toda el agua. Casi parece que la masa ya no se conserva, pero esto no es cierto. El agua se convirtió en gas (vapor de agua) y los gases se esparcieron para llenar la habitación. Esa masa todavía está en la habitación después de que se evapora, simplemente flotando con las moléculas de aire. Con el equipo de laboratorio adecuado, sería posible recolectar el vapor de agua y pesarlo nuevamente. Si lo hiciera, descubriría que la masa aún no había cambiado.
¿Cómo se comparan las dos marcas en el interior de la taza? Debería haber descubierto que el agua congelada alcanzó un nivel más alto que el agua líquida. Entonces, ¿eso significa que las moléculas en el agua congelada están más separadas que en el agua líquida? De hecho, sí, pero esta es una propiedad inusual del agua.
La mayoría de las sustancias se contraen cuando se congelan, porque las moléculas se acercan, pero el agua se expande. Esto se debe a que contiene enlaces de hidrógeno, que mantienen las moléculas más separadas. De hecho, si no fuera por esta propiedad inusual del agua, el hielo del agua de mar se hundiría en lugar de congelarse, y muchos peces no sobrevivirían al invierno.
Resumen de la lección
Un cambio de fase , también conocido como cambio de estado , es cuando un material cambia entre dos estados diferentes de la materia, entre sólidos, líquidos y gases.
Cuando un sólido se convierte en líquido, a este proceso lo llamamos fusión. El proceso en el que un líquido se convierte en gas se denomina ebullición o evaporación. Cuando un gas se convierte en líquido, esto se llama condensación. Finalmente, la congelación es el proceso en el que un líquido se convierte en sólido. Todo esto se basa en la distancia entre las moléculas de una sustancia.
En nuestro experimento de hoy, descubrimos que la masa no se gana ni se pierde durante los cambios de fase. A esto se le llama conservación de masa . También descubrimos que el agua se expande cuando se congela. El agua contiene enlaces de hidrógeno, que los mantienen separados y le dan esta propiedad inusual, una propiedad que es vital para la vida en la Tierra.
Los resultados del aprendizaje
Ahora que ha terminado esta lección, debería poder:
- Explica qué es un cambio de fase o estado y nombra los estados de la materia.
- Recuerde los diferentes tipos de cambios de fase.
- Realizar un experimento para observar los cambios de fase del agua.
- Describe la conservación de la masa.
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