Breve descripción de conceptos básicos relacionados con los estados de la materia y los cambios y transformaciones presentes en ellos

1. DIAGRAMA DE FASES
CURVA DE CALENTAMIENTO
ENFRIAMIENTO
Prof: Gizet Alexandra Asuaje
Unidad Curricular: Química Aplicada

2. CONCEPTOS BÁSICOS
Es todo aquello que
ocupa un lugar en el
espacio en un tiempo
determinado, es
perceptible por alguno de
nuestros sentidos, la
materia está constituida
por átomos y tienen una
propiedad llamada masa
MATERIA
Existen tres estados de la materia,
estos se identifican según la
disposición de los átomos en:
solido, líquido y gaseoso. El plasma,
también se identifica como estado
de la materia es menos conocido
en nuestro caso nos centraremos
el estudio en los tres primeros.
ESTADOS DE LA MATERIA
(ESTADOS DE AGREGACIÓN)
Se caracteriza porque los átomos
se encuentran muy próximos, en
muchos casos en disposiciones
ordenadas dando origen a los
cristales, los sólidos tienen forma y
volumen definido, son rígidos, sus
moléculas no se pueden mover,
así que vibran en una posición fija,
son poco comprensibles
SÓLIDO

3. ESTADOS DE LA MATERIA
Los átomos en el estado líquido
tienen mayor separación que cuando
se encuentran en el estado sólido,
las fuerzas de cohesión son menores
lo que les facilita fluir, el movimiento
de estos átomos le permite al líquido
adoptar la forma del recipiente que
lo contiene, son incomprensibles.
Existen algunas propiedades que
caracterizan a los líquidos, entre las
que podemos mencionar: viscosidad,
tensión superficial, densidad,
solubilidad entre otras.
LÍQUIDO
Se caracteriza porque los
átomos están muy separados
moviéndose a altas velocidades
colisionando entre sí y con las
paredes del recipiente que
contiene el gas, una
característica de los gases
consiste en el hecho de que al
ser comprimidos sus moléculas
están muy unidas aumentando
la colisión entre ellas, sin
embargo mantienen su tamaño
y forma.
GASEOSO
Se define como una de
las partes físicamente
separables de un sistema
químico. Ejemplo, una
mezcla de hielo (fase
sólida) y agua (fase
líquida) en este sistema
están presentes dos
fases
FASE

4. CONDENSACIÓN
CONGELACIÓN
VAPORIZACIÓN
FUSIÓN
SUBLIMACIÓN
CAMBIOS DE ESTADO
DEFINICIÓN
Definimos como cambio de
estados (cambios de fase) al
proceso que da paso a la
transformación de la materia y por
lo tanto al reacomodo y
redistribución de los átomos, en
general cada estado de la materia
puede cambiar a otros estados.
Todo cambio de estado está
acompañado de un cambio de
energía, la variación de la presión y
la temperatura son determinantes
en estos procesos.
NOMBRES ASOCIADOS A LOS
CAMBIOS DE ESTADO
DEPOSICIÓN

5. CAMBIOS DE ESTADO
1
Vaporización: vaporización o evaporación es un proceso mediante el
cual un líquido se convierte en gas o vapor, a diferencia de la ebullición
que ocurre a una determinada temperatura, la evaporación puede
ocurrir a cualquier temperatura, es una transformación donde los
átomos que se encuentran en la superficie del líquido comienzan a
separarse con movimientos expansivos. La ebullición a diferencia de la
evaporación no es un proceso espontaneo, se necesita incorporar calor
al sistema (endotérmico) para que este aumente de temperatura y los
átomos del interior y de la superficie de la sustancia cambien al estado
gaseoso, la temperatura a la que ocurre el proceso de ebullición se
conoce como temperatura de ebullición (o punto de ebullición) siendo
propia de cada sustancia. Ejemplo alusivo al proceso de evaporación, si
colocamos en un recipiente agua líquida, la misma cambiara de fase de
manera espontánea al transcurrir el tiempo, es decir ocurrirá la
transformación del agua de la fase liquida a la fase de vapor
evidenciándose por lo tanto un cambio de fase

6. CAMBIOS DE ESTADO
2
Condensación: conversión de un gas o vapor en líquido originada
por enfriamiento del sistema (exotérmico) o por aumento de la
presión, en este caso los átomos comienzan a acercarse
perdiendo su movilidad de forma parcial para generar el cambio de
estado, la condensación es el proceso inverso de la evaporación.
Ejemplo, la lluvia, el rocío, en el caso de la lluvia se origina a partir
de la condensación que ocurre del vapor de agua que se
encuentra almacenado en las nubes.
3
Congelación: o solidificación como también se le conoce, se define
como el cambio de estado que permite que una sustancia se
transforme del estado líquido al sólido (proceso exotérmico),
ocurriendo dicho cambio a una determinada temperatura conocida
como temperatura de congelación o punto de congelación.
Ejemplo, la transformación del agua líquida al colocarla en el
congelador, el agua cambia de estado para formar hielo.

7. CAMBIOS DE ESTADO
4
Fusión: proceso mediante el cual un sólido se transforma en líquido
favoreciendo este cambio la presencia de calor en el sistema, por
lo tanto es un proceso endotérmico (donde se absorbe energía), la
temperatura a la que se desarrolla dicho proceso se conoce como
temperatura de fusión o punto de fusión, el punto de fusión es una
propiedad característica de cada sustancia y ayuda a identificarla.
Un caso que permite ejemplificar el proceso de fusión es la
transformación de un cubo de hielo en agua líquida.
5
Sublimación: es el cambio de estado de la fase sólida a la fase
gaseosa o de vapor, sin pasar por el estado líquido (fase intermedia).
Como ejemplo del proceso de sublimación podemos hacer referencia
al yodo, dióxido de carbono sólido, y al cloruro de amonio. Las tres
sustancias se subliman a la presión normal.
6 Deposición: o sublimación inversa es el proceso contrario a la
sublimación, en este existe una transformación de la fase gaseosa a la
fase sólida sin pasar por la fase liquida.

8. OTROS CONCEPTOS
Punto de fusión: cuando un sólido se calienta su temperatura aumenta hasta que
comienza a fundirse y pasa al estado líquido, en ese momento ocurre un
reordenamiento de la estructura de la materia comenzando a ceder para
transformarse en un estado más desorganizado y menos rígido, en este punto la
temperatura permanece constante hasta que el sólido se funde por completo, el
valor de esta temperatura se denomina punto de fusión y es característico de
una sustancia pura, el punto de fusión depende directamente de la presión
atmosférica a la que se encuentra la sustancia.
Punto de ebullición: cuando un líquido se calienta su temperatura aumenta
produciendo un burbujeo, en este punto el líquido comienza a hervir
transformándose la sustancia a la fase gaseosa, durante el proceso de ebullición la
temperatura permanece constante mientras ocurre el proceso de cambio de fase, la
temperatura a la que ocurre el cambio se conoce como temperatura de ebullición,
esta al igual que la temperatura de fusión dependen directamente de la presión
atmosférica.
Sustancia pura: se caracterizan por constituirse por átomos homogéneos, tienen
una composición constante, mantienen sus propiedades y su estructura química a
pesar de ser sometidos a diferentes procesos (cambios de estado). Estas pueden
ser de dos tipos, elementos o compuestos

9. CURVA DE CALENTAMIENTO
Curva de calentamiento: es una representación gráfica que permite visualizar el comportamiento de una sustancia a
medida que varía la temperatura con relación al tiempo a determinada presión, a través de la variación del tiempo y a
medida que se suministra calor al sistema se pueden visualizar los cambios de estados propios de la sustancia
estudiada. La importancia de la curva de calentamiento radica en el hecho de que a través de la misma se puede
estudiar el comportamiento de una sustancia en determinadas condiciones.
EJEMPLO CURVA DE
CALENTAMIENTO: ESTUDIEMOS EL
COMPORTAMIENTO DEL AGUA A
PARTIR DE SU CURVA DE
CALENTAMIENTO.

10. CURVA DE CALENTAMIENTO
Analizaremos el gráfico por regiones identificadas por letras, a través de cada región se puede estudiar los cambios de
fases presentes:
Región A-B: la sustancia se encuentra en estado sólido elevándose su temperatura de manera progresiva debido al
suministro de energía proveniente del medio externo, el calor presente no es suficiente para romper la estructura sólida de
los átomos por lo que la energía presente aumenta el movimiento y la agitación de la materia, el debilitamiento de la fuerza
de cohesión existente entre los átomos va en aumento.
Región B-C: el hielo comienza a fundirse, las fuerzas de cohesión entre los átomos son tan débiles que permiten el cambio
de fase del estado sólido al líquido, toda la energía presente en el sistema se utiliza para el cambio de estado
permaneciendo la temperatura constante durante todo el proceso de cambio de fase (temperatura de fusión) para el caso
del agua es 0 oC.
Región C-D: el agua líquida comienza a calentarse debido a la absorción de energía por lo que la temperatura aumenta
progresivamente hasta alcanzar el punto D, al igual que en la región A-B el calor suministrado origina agitación en los
átomos debilitando las fuerzas de cohesión del estado liquido.
Región D-E: en esta región el agua se encuentra hirviendo, existe formación de burbujas en toda la sustancia y la
evaporización se desarrolla en grandes cantidades, la formación del vapor de agua ocurre a una temperatura constante
(punto de ebullición), para el caso del agua es de 100 0C, toda la energía del sistema se utiliza para el cambio de la fase
liquida a la fase de vapor.
Región E-F: el agua se encuentra como vapor aumentando su temperatura si se le continúa suministrando energía al
sistema

11. CURVA DE ENFRIAMIENTO
Curva de enfriamiento: es una representación gráfica que
permite visualizar el comportamiento de una sustancia a
medida que desciende su temperatura con relación al tiempo a
determinada presión, a través de la variación del tiempo se
pueden visualizar los cambios de estados propios de la
sustancia estudiada. La importancia de la curva de
enfriamiento radica en el hecho de que a través de la misma
se puede estudiar los cambios de estado, el comportamiento
del grafico es inversamente proporcional, a medida que la
temperatura desciende el tiempo aumenta. Algunas sustancias
tienen gráficos de enfriamiento inusuales transformándose
directamente de gas a sólido, otras se caracterizan debido a
que sus partículas pierden energía disminuyendo la vibración
entre los átomos, lo que favorece a las fuerzas de atracción
átomo-átomo, la liberación de energía se manifiesta a través
del enfriamiento continuo de la sustancia, agilizando el proceso
de condensación y posteriormente el de congelación.
EJEMPLO CURVA DE ENFRIAMIENTO: ESTUDIEMOS EL
COMPORTAMIENTO DEL AGUA A PARTIR DE SU CURVA DE
ENFRIAMIENTO.

12. CURVA DE ENFRIAMIENTO
Región A-B: la temperatura del vapor de agua disminuye los átomos liberan energía
originando que se contraiga el volumen.
Región B-C: la temperatura permanece constante, ocurriendo el cambio de la fase de
vapor a la fase liquida
Región C-D: la temperatura continua disminuyendo en el sistema en fase liquida.
Región D-E: comienza el cambio de la fase liquida a la sólida a temperatura constante.
Región E-F: la temperatura continúa su descenso encontrándose el agua solo en fase
sólida.

13. DIAGRAMA DE FASES
Diagrama de fases: es una representación gráfica de las
condiciones de temperatura y presión a las que existen los sólidos,
líquidos y gases como fases únicas de los estados de la materia, o
como dos o más fases en equilibrio, en el eje de las ordenadas se
coloca la presión y en el eje de las abscisas la temperatura. Las
diferentes zonas del diagrama corresponden a una sola fase, o
estado de la materia. Las líneas curvas o rectas donde se juntan las
zonas representan dos fases en equilibrio, sin embargo, existe un
punto conocido como punto triple donde existen las tres fases en
equilibrio. El diagrama se puede construir para sistemas de un
componente o varios componentes, para sustancias puras o para
aleaciones y se puede graficar en función de diferentes variables,
en nuestro caso haremos referencia sólo a la presión y a la
temperatura como variables de estudio. La importancia del gráfico
radica en el hecho de que a través de este se puede determinar el
comportamiento de los fluidos sometidos a determinadas
condiciones.
Diagrama de fases del agua
:

14. DIAGRAMA DE FASES
Diagrama de fases: A través del diagrama de fases del agua podemos conocer los estados en los que se
encuentra la sustancia a determinada presión y temperatura, esto facilita su uso en los diferentes
procesos industriales. Si observamos se pueden visualizar las tres zonas identificando de esta manera los
tres estados en los que puede existir el fluido, si analizamos por ejemplo el punto donde la presión es de 1
atm y la temperatura es de 0 0C identificamos el punto sobre la línea de equilibrio, es decir, a esas
condiciones el agua comienza su transformación de la fase sólida a la líquida, si mantenemos la misma
presión incrementando su temperatura el agua continua su proceso de transformación de fase pasando
completamente a la fase liquida hasta llegar a 100 0C donde existe el equilibrio entre la fase de vapor y la
fase liquida, allí comienza el proceso de ebullición conociéndose este como punto de ebullición o
temperatura de ebullición. Se puede visualizar al igual el punto triple, donde existen en equilibrio las tres
fases, para el ejemplo citado ese punto se identificaa 0,006 atm y 0,01 0C.

15. REFERENCIAS
Brown, L .(2009) .Química.La Ciencia Central.Editorial PEARSON Prentice Hall. Décimo primera edición
Petruchi, R (2011). Química General. Editorial PEARSON. Décima edición
Chang, R. (2007). Química. Editorial McGraw Hill