Punto de congelación: definición y ecuación

Punto de congelación

El punto de congelación se define como la temperatura a la que un líquido se vuelve sólido. El punto de congelación del agua es de 0 grados Celsius. Entonces, ¿por qué el agua se convierte en hielo sólido cuando se pone en un congelador frío? Todo se reduce a la energía .

Para examinar por qué ocurre esto, debemos observar de cerca el papel de la energía en la escala atómica.

Energía y Calor

A escala molecular, la energía interna se utiliza para describir la energía asociada con el movimiento aleatorio de moléculas y los enlaces entre ellas.

El calor se puede definir como la transferencia de energía interna de una entidad a otra. Cuando tomas una bebida caliente en un día frío, la bebida pierde calor en el aire circundante, lo que resulta en una disminución de la temperatura y un café frío (puaj).

Cambio de fase

Dependiendo del nivel de energía de los átomos, la materia puede tomar diferentes fases o estados físicos. Las tres fases de la materia incluyen sólido, líquido y gas. Por ejemplo, consideremos el agua. Los átomos en el agua permanecen juntos pero tienen suficiente energía para deslizarse unos alrededor de otros dando al agua su característica característica de «flujo». Si quitamos esa energía al disminuir la temperatura, los átomos se compactan y se vuelven rígidos, lo que explica por qué el agua colocada en el congelador se convierte en hielo duro.

El cambio en el estado físico de la materia (es decir, de líquido a sólido) se denomina cambio de fase. Cuando una sustancia cambia de fase, hay un cambio en la energía interna pero no en la temperatura. La energía necesaria para cambiar la fase de una sustancia pura ( Q ) se puede describir mediante la siguiente ecuación:

La ley de conservación de la masa: definición, ecuación y ejemplos

Q = +/- mL

Donde m es la masa de la sustancia y L es el calor latente de la sustancia específica. Las unidades de L son julios por kilogramo (J / kg).

Ejemplo de agua helada

El calor latente de fusión (volviéndose sólido) del agua es 3.33 x 10 5 J / kg. Entonces, ¿cuánta energía se necesita para congelar 2,0 kg de agua?

Q = +/- mL

Como sacamos energía del agua para congelarla, usamos el signo negativo:

Q = – m / L

Q = – (2,0 kg) (3,33 x 10 5 J / kg)

Q = -6,66 x 10 5 julios

Entonces, a partir de este ejemplo, determinamos que se deben eliminar 6.66 x 10 5 J de energía para congelar 2 kg de agua. Como puede ver, cuanto mayor es la masa, más energía se requiere para que ocurra un cambio de fase.

Observe que no se menciona la temperatura en la ecuación anterior. Esto se debe a que durante un cambio de fase, la energía perdida / absorbida se utiliza para superar las fuerzas moleculares y no produce un cambio de temperatura.

Formando hielo

Entonces, ¿por qué el agua que se coloca en el congelador finalmente se convierte en hielo? La temperatura de un congelador doméstico típico está entre -18 y -23 grados Celsius, que está muy por debajo del punto de congelación. Debido a la temperatura más baja, la energía de las moléculas de agua será absorbida por el aire frío circundante. La pérdida de energía disminuirá el movimiento de los átomos, lo que hará que se compacten y formen más. Como resultado, se forma el hielo necesario para enfriar su bebida.

Resumen de la lección

El punto de congelación del agua, cuando el líquido se vuelve sólido, es de 0 grados Celsius. En este punto, la energía interna del agua se reduce, los átomos se compactan y se forma hielo. La energía interna se utiliza para describir la energía asociada con el movimiento aleatorio de moléculas y los enlaces entre ellas. La cantidad de transferencia de energía requerida para que esto ocurra es igual al producto de la masa del agua por el calor latente de fusión.

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Rodrigo Ricardo Editor y fundador

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