Curva de calentamiento:
La curva de calentamiento
Un sistema es un contenedor cerrado imaginario aislado de su entorno. Está aislado para que podamos investigar cómo cambia el sistema a medida que se altera, ya sea transfiriendo masa o energía desde y hacia él. La existencia del contenedor es opcional en definición, pero en realidad se usa un contenedor para el aislamiento.
Cuando el sistema se calienta, la energía se transfiere a él. En respuesta a la energía que recibe, el sistema cambia, por ejemplo, al aumentar su temperatura. Un gráfico de la temperatura en función del tiempo se denomina curva de calentamiento. Una de tales curvas de calentamiento se muestra aquí.
Cuando un sistema contiene solo una fase (sólida, líquida o gaseosa), la temperatura aumentará cuando reciba energía. La tasa de aumento de temperatura dependerá de la capacidad de calor de la fase en el sistema. Cuando la capacidad de calor es grande, la temperatura aumenta lentamente, porque se necesita mucha energía para aumentar su temperatura en un grado. Por lo tanto, la pendiente de aumento de temperatura para el sólido, líquido y gases es diferente.
Por ejemplo, la temperatura de un sistema que contiene hielo por debajo de su punto de fusión aumentará cuando se caliente. Sin embargo, a 273.15 K, la temperatura deja de subir. A esta temperatura, el hielo comienza a derretirse, y el calor se utiliza para derretir el hielo. La fusión del hielo se llama transición de fase. Cuando la energía suministrada se usa para la transición de fase, la temperatura permanece constante. Una vez completada la transición de fase, el aumento de temperatura seguirá una velocidad diferente a la del sólido debido a la diferente capacidad de calor, como se muestra en la curva de calentamiento. Un sitio web colorido para los estados de la materia también muestra la curva de calentamiento y el diagrama de fases del agua.
Por una mol de agua (18 g), tenemos los siguientes datos:
Capacidad de calentamiento del hielo = 37.6 J (K mol) -1.
Capacidad de calor del agua = 75.3 J (K mol) -1.
Capacidad de vapor de calor = 35.8 J (K mol) -1 (a presión constante de 1 atm).
Punto de fusión = 273.15 K
Calor de fusión de hielo = 6.01 kJ mol-1.
Punto de ebullición = 373,15 K.
Calor de vaporización = 40.67 kJ mol-1.
Calor de sublimación = 46.7 kJ mol-1.
La curva de calentamiento dada anteriormente se dibuja de acuerdo con los datos anteriores. En un experimento real, el calor transferido al sistema apenas se mantiene constante a menos que la fuente de calor esté a una temperatura muy alta. Sin embargo, en aras de la simplicidad, supongamos que el flujo de calor en el sistema es constante.
El agua es una sustancia común. El hielo es la fase estable debajo de 273.15 K. Tanto los sólidos como los líquidos coexisten a 273.15 K. Cuando se coloca calor en el sistema, se derrite más sólido. Por lo tanto, la temperatura no cambia. El punto de ebullición normal es 373,15 K. A medida que se absorba el calor, parte del agua se evaporará, pero la temperatura se mantendrá en 373,15 K. Los cambios de temperatura en función del tiempo o en función del calor absorbido.
Para el agua, el calor de fusión es de 6.0 kJ / mol, y el de la vaporización es de 40.7 kJ / mol. Si el aporte de calor es constante, se necesita un período más largo para evaporar un mol de agua que el tiempo necesario para que el hielo se derrita.
En un laboratorio, calentamos diferentes materiales y graficamos la temperatura en función del tiempo. Cada material tiene un punto de fusión y punto de ebullición únicos. También tiene su calor de fusión y calor de vaporización.