7/21/2019 Cambio de Fase

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CAMBIOS DE FASE

Fases son los estados de la materia que pueden existir en equilibrio y en contacto térmicos

simultáneamente. Los cambios de fase ocurren cuando algunas de las variables utilizadas en la

descripción macroscópica (P,V,T)  cambian bajo ciertas condiciones de equilibrio; ya sea por 

agentes externos o internos.

La descripción del fenómeno desde el punto de vista termodinámico lleva a utilizar la temperatura y

 presión como variables; los cuales permanecen constantes durante la transición. La entropa y el

volumen son variables durante el proceso. !demás" debido a que se realizan bajo condiciones de

equilibrio termodinámico" los cambios de fase son reversibles.

Las isotermas en los diagramas P-V son #orizontales durante las transiciones de fase. $ntonces" es

 posible describir completamente la transición conociendo el estado final y el estado inicial. $s

independiente de los estados intermedios" se calculan los potenciales qumicos y se encuentran las

variables involucradas en la transición. $ntre los cambios de fase más conocidos se encuentran% la

fusión y la sublimación. $ntre los cambios de fase menos conocidos se encuentra el pasar de un

arreglo cristalino a otro. &omo ejemplo de lo anotado" el grafito se convierte en diamante.

'n punto ordinario de una transición de fase en un diagrama de estado no es (nicamente una

singularidad matemática de las cantidades termodinámicas de una sustancia. )ara cada fase existen

desigualdades que no son violadas en ese punto. $n el punto de la transición los potenciales

qumicos son iguales en ambas fases. $l punto crtico es un concepto introducido por *.+.,endeleev en -/0. +ndica la región del plano donde la sustancia se vuelve #omogénea. *onde

existe un punto crtico una transición continua puede efectuarse entre dos estados de la sustancia sin

separar las d os fases.

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0   TERMODINAMICA

Cambios de estado

$n fsica y qumica se denomina cambio de estado a la evolución de la materia entre varios estados

de agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados más estudiados y

comunes en la tierra son el sólido" el lquido y el gaseoso; no obstante" el estado de agregación más

com(n en nuestro universo es el plasma" material del que están compuestas las estrellas 1sidescartamos la materia oscura2.

• La fusión es el cambio de estado de sólido a lquido.

• la soidifi!a!ión o !on"ea!ión es el cambio inverso" de lquido a sólido.

• La #a$o%i&a!ión es el cambio de estado de lquido a gas.

• la i!ua!ión o !ondensa!ión es el cambio inverso" de gas a lquido.

• La subima!ión es el cambio de estado de sólido a gas.

• $l cambio inverso recibe el nombre de subima!ión %e"%esi#a o de$osi!ión 1es prudente

evitar llamar cristalización a dic#a transición" por ser 3cristalización3 un término usado para

referirse a un método de purificación2.

• La ioni&a!ión es el cambio de estado de un gas a plasma.

$stos estados se dan por distintos agentes externos pero los más comunes son la temperatura y

 presión además nos indican como es que las moléculas" bien se separan por calor o se junta porenfriamiento esto se le llama la Teoría cinética molecular .

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Teo%'a !inti!a moe!ua%

Los dos parámetros de los que depende una sustancia o mezcla se encuentre en un estado o en otro

son% temperatura y presión.

 La temperatura es una medida de la energa cinética de las moléculas y átomos de un cuerpo. 'n

aumento de temperatura o una reducción de la presión favorecen la fusión" la evaporación y la

sublimación" mientras que un descenso de temperatura o un aumento de  presión  favorecen los

cambios opuestos.

!l calentar la sustancia la agitación de las partculas es muc#o mayor" es decir" sube la temperatura.

4ay que aclarar que la agitación no es la que provoca el calor" sino que la agitación es el propio

calor. 5i la sustancia es sólida y la agitación de sus partculas es suficiente" entonces la sustancia

 puede pasar de ser lquida a gaseosa" dependiendo del grado de agitación de las partculas"

facilitando as la fusión" vaporización o sublimación de la sustancia.

)or el contrario al enfriar dic#a sustancia la agitación de las partculas disminuye y permite realizar 

los cambios contrarios% solidificación" licuación o condensación" sublimación regresiva.

$n ninguno de los cambios de estado las partculas se quedan quietas. &uando las partculas están

en estado sólido" vibran; cuando reciben energa en forma de calor aumenta la energa de las

vibraciones lo que se traduce como un aumento de temperatura. Llega un momento en el que la

vibración es tan alta que vence las fuerzas que mantienen juntas a las partculas" y as se sucede el

cambio de estado. *e igual forma ocurre con el cambio de estado de lquido a gaseoso.

OO% $l calor es necesario para que se produzca un cambio de fase.

*+ Ene%"'a inte%na% $s toda la energa de un sistema que se asocia con sus componentes

microscópicos" átomos y moléculas" cuando se observa desde un marco de referencia en reposo

respecto al centro de masa del sistema.

+ Cao%% $s un proceso de transferencia de energa a través de la frontera de un sistema debido a

una diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores.

Q=mCe∆T    -cal67.-/8

,% masa 19g2

&e% &alor especifico 18:9g&2

<% temperatura 1&2

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+*+ Cao% es$e!ifi!o

$l calor especfico de una sustancia es la capacidad térmica por unidad de masa. )or lo tanto si a

una muestra de una sustancia con masa m se le transfiere energa = y la temperatura de la muestra

cambia en *<.

C =Q

m∆T 

$l calor especfico es en esencia una medida de que tan insensible térmicamente es una sustancia ala adición de energa. ,ientras mayor sea el calor especifico de un material" más energa se debe

agregar a una determinada masa del material para causar un cambio particular de temperatura.

Calores específicos de algunas sustancias a 25°C 

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++ Cao%imet%'a

'na técnica para medir el calor especfico implica calentar un material" de a>adir a una muestra de

agua" y el registro de la temperatura final.

$sta técnica se conoce como la calorimetra.

'n calormetro es un dispositivo en el que esta transferencia de energa se lleva a cabo.$l sistema se

asla de la muestra y el agua.

&onservación de la energa requiere que la cantidad de energa que sale de la muestra es igual a lacantidad de energa que entra en el agua.

&onservación de la $nerga da una expresión matemática de esta%

Q FRIO=−Q

CALIENTE

++ Cao% .atente

'na sustancia se somete a un cambio de temperatura cuando la energa se transfiere entre ella y sus

alrededores. 5in embargo en algunas ocasiones la transferencia de energa no resulta en un cambiode temperatura.

$ste es el caso siempre que las caractersticas fsicas de la sustancia cambian de una forma a otra;

tal cambio se conoce com(nmente como cambio de fase.

)ara que se produzca un !ambio de fase" el calor latente se define como%

 L=Q

∆m

Q= calor (J o Cal)

 L= latente

 Dm= masa (Kg o gr)

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0   TERMODINAMICA

$ste parámetro se llama calor latente 1literalmente" el calor ?oculto@2" porque esta energa agregada

o eliminada no resulta en un cambio de temperatura. $l valor de L para una sustancia depende de la

naturaleza del cambio de fase , as como de las propiedades de la sustancia.

Calores Latentes de fusión y vaporización

++* Cao% atente de Fusión (.f)

$l cambio de fase de sólido a lquido se llama fusión y la temperatura a la cual este cambio ocurre

se le llama punto de fusión.

La cantidad de calor necesario para fundir una unidad de masa de una sustancia a la temperatura de

fusión se llama calor latente de fusión.

+++ Cao% atente de #a$o%i&a!ión (.#)

 $l cambio de fase de lquido a vapor se llama vaporización y la temperatura asociada con este

cambio se llama punto de ebullición de la sustancia.

$l calor latente de vaporización de una sustancia es la cantidad de calor por unidad de masa que es

necesario para cambiar la sustancia de lquido a vapor a la temperatura de ebullición.

&uando cambiamos la dirección de la transferencia de calor y a#ora se quita calor" el vapor regresa

a su fase lquida" a este proceso se le llama condensación" el calor de condensación es equivalente alcalor de vaporización.

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0   TERMODINAMICA

!s mismo cuando se sustrae calor a un lquido" volverá a su fase sólida" a este proceso se le llama

congelación o solidificación. $l calor se solidificación es igual al calor de fusión" la (nica

diferencia entre congelación y fusión estriba en si el calor se libera o se absorbe.

Figura 1: Arafica de temperatura contra energa agregada cuando un sistema que inicialmente

contiene -.00gr de #ielo a BC0.0& se convierte en vapor a -D0.0&.

.I/0O12AFIA 

• #ttp%::Eebserver.dmt.upm.es:isidoro:bGC:c0/:<ermodinamicaHD0delHD0cambioHD0de

HD0faseHD0eHD0interfases.pdf 

• #ttp%::fisicaidued.blogspot.pe:D0--:0-:cambioBdeBfase.#tml

• #ttp%::#yperp#ysics.p#yBastr.gsu.edu:#basees:t#ermo:p#ase.#tml

• #ttps%::EEE.academia.edu:77/CC0I:&ambiosJdeJfase

BIB.IO12AFIA

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• 5erEay O 8eEett. Física para ciencias e ingeniería. Ina $d" &engage" Polumen -.

• &engel" . !.; Qoles" ,.!.% ermodin!mica. ,c AraEB4ill" -II/.

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