Ejercicios: Los cambios de estado

Copiá y completá el esquema con el nombre de cada cambio de estado:

1. a) De sólido a líquido: $\dots$
2. b) De líquido a gas: $\dots$
3. c) De gas a líquido: $\dots$
4. d) De líquido a sólido: $\dots$
5. e) De sólido a gas, sin pasar por líquido: $\dots$

En una gaseosa con hielo, los cubitos se hacen cada vez más chicos hasta desaparecer. ¿Qué cambio de estado sufrió el hielo? Indicá el estado inicial, el estado final y el nombre del cambio.

Al hervir agua en una pava sale vapor por el pico. ¿Cómo se llama el cambio de estado de líquido a gas? Poné otro ejemplo de la vida diaria en el que ocurra ese mismo cambio.

Al ducharte con agua caliente, el espejo del baño se empaña y se cubre de gotitas. ¿Qué cambio de estado sufre el vapor de agua al tocar el espejo frío? Escribí su nombre y su dirección (de qué estado a qué estado).

Para hacer hielo en casa, Leo llena de agua una cubetera y la mete en el freezer. ¿Qué cambio de estado sufre el agua? Escribí su nombre y su dirección (de qué estado a qué estado).

Las bolitas de alcanfor que se ponen en los placares contra las polillas se van gastando poco a poco sin mojar nada alrededor: pasan directamente de sólido a gas. ¿Cómo se llama ese cambio de estado?

¿A qué temperatura se funde el hielo? ¿Y a qué temperatura hierve el agua a nivel del mar? Expresalas en grados Celsius.

Marcos calienta una cacerola con hielo y agua y observa el termómetro: mientras queda hielo sin fundir, la temperatura no sube. La figura muestra el montaje.

¿Qué pasa con la temperatura de una sustancia mientras está ocurriendo un cambio de estado? ¿Sube, baja o se mantiene?

Identificá el cambio de estado que ocurre en cada caso y razoná si la sustancia absorbe calor del ambiente o lo cede:

1. a) El rocío de la mañana: gotitas de agua sobre el pasto.
2. b) La ropa mojada que se seca al sol.
3. c) La parafina líquida de una vela que se vuelve sólida al apagarla.

Jimena calienta hielo picado que sale del freezer a $-10\ ^\circ\text{C}$ y mide la temperatura cada minuto: primero sube hasta $0\ ^\circ\text{C}$; después se queda fija en $0\ ^\circ\text{C}$ durante $6\ \text{min}$ mientras aparece agua; por último vuelve a subir. La figura muestra el gráfico temperatura-tiempo que obtiene Jimena.

1. a) ¿En qué tramo hay solo hielo?
2. b) ¿Qué está ocurriendo durante el tramo horizontal a $0\ ^\circ\text{C}$? ¿En qué estados está el agua en ese tramo?

La olla de la abuela hierve y el termómetro de cocina marca $100\ ^\circ\text{C}$. Subís el fuego al máximo y el vapor sale con más fuerza, pero el termómetro sigue marcando $100\ ^\circ\text{C}$, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Qué cambio de estado está ocurriendo?
2. b) Si llega más calor, ¿por qué no sube la temperatura? ¿En qué se está usando esa energía?

Un charco de la calle se seca al sol a $20\ ^\circ\text{C}$ sin que el agua hierva. En cambio, el agua de una olla solo hierve cuando alcanza los $100\ ^\circ\text{C}$. En ambos casos el agua pasa de líquido a gas. Explicá la diferencia entre evaporación y ebullición: ¿qué parte del líquido se transforma en gas en cada caso y a qué temperaturas puede ocurrir cada uno?

Después de lavar el piso de la cocina, querés que se seque lo antes posible. ¿Se secará antes un día caluroso o uno frío? ¿Ayuda abrir la ventana para que corra el aire? Dá dos razones, pensando en qué ayuda a que las partículas de agua escapen de la superficie del piso.

Cuando te desinfectan una herida con alcohol, la piel se queda seca en segundos y sentís una sensación de frío en la zona.

1. a) ¿Qué cambio de estado sufre el alcohol sobre la piel?
2. b) La vaporización necesita calor para ocurrir: ¿de dónde lo toma el alcohol? ¿Por qué sentís frío?

Una mañana muy fría, el parabrisas del auto amanece cubierto de escarcha: el vapor de agua del aire pasó directamente a hielo, sin ser líquido antes. ¿Qué cambio de estado es ese? ¿En qué se parece y en qué se diferencia de la formación del rocío?

Tras una nevada llega una semana fría y seca, sin que la temperatura suba por encima de $0\ ^\circ\text{C}$. Aun así, la nieve de la vereda mengua día a día sin mojar el suelo. ¿Qué cambio de estado explica que la nieve desaparezca sin derretirse? Explicalo.

En un experimento del laboratorio se calienta una olla con hielo a $-5\ ^\circ\text{C}$ con una llama constante y se anota la temperatura cada minuto: la temperatura sube y alcanza los $0\ ^\circ\text{C}$ en el minuto $2$; se mantiene en $0\ ^\circ\text{C}$ hasta el minuto $10$; después vuelve a subir hasta los $100\ ^\circ\text{C}$, que alcanza en el minuto $20$, y ahí se queda mientras el agua hierve.

1. a) Describí cómo sería el gráfico temperatura-tiempo: qué tramos ascendentes y qué tramos horizontales (mesetas) tiene, y a qué temperaturas están.
2. b) ¿En qué estado está el agua en el minuto $5$? ¿Y en el minuto $15$?
3. c) ¿Cuántos minutos duró la fusión del hielo?
4. d) ¿Qué está ocurriendo en cada meseta? ¿Por qué la temperatura no sube en ellas aunque la llama siga encendida?

Al calentar una sustancia desconocida, su gráfico temperatura-tiempo muestra dos mesetas: una a $50\ ^\circ\text{C}$ y otra a $120\ ^\circ\text{C}$, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Qué significa cada meseta?
2. b) ¿En qué estado se encuentra la sustancia a $25\ ^\circ\text{C}$? ¿Y a $90\ ^\circ\text{C}$?
3. c) ¿Podría tratarse de agua? Explicá por qué los puntos de fusión y de ebullición sirven para identificar sustancias.

En un refugio de montaña a $2000\ \text{m}$ de altitud, el agua hierve a unos $93\ ^\circ\text{C}$, porque la presión del aire es menor que a nivel del mar.

1. a) ¿Creés que un huevo duro se hace allí antes o más despacio que en la playa? Justificá la respuesta.
2. b) En una olla a presión ocurre lo contrario: el agua hierve por encima de $100\ ^\circ\text{C}$. ¿Por qué se cocina antes la comida en ella?

En los recitales se usa hielo seco (dióxido de carbono sólido, muy frío) para crear una nube blanca que cubre el suelo del escenario.

1. a) El hielo seco pasa directamente de sólido a gas sin derretirse: ¿cómo se llama ese cambio de estado?
2. b) La nube blanca no es el dióxido de carbono, que es invisible, sino gotitas de agua que se forman cuando el vapor de agua del aire se enfría a su lado: ¿qué cambio de estado sufre ese vapor de agua? Explicá la cadena completa de cambios que produce la nube.

Una quemadura con vapor de agua a $100\ ^\circ\text{C}$ es más grave que una quemadura con agua hirviendo a $100\ ^\circ\text{C}$, aunque ambos están a la misma temperatura. Pista: al tocar la piel, el vapor primero se condensa y pasa a líquido. Usá la pista para explicar por qué el vapor cede más calor a la piel que el agua hirviendo.

Metés un vaso con agua a $20\ ^\circ\text{C}$ en el freezer, que está a $-18\ ^\circ\text{C}$.

1. a) Describí cómo sería el gráfico de enfriamiento del agua: qué tramos descendentes y qué tramo horizontal (meseta) tendría, y a qué temperatura estaría la meseta.
2. b) ¿Qué cambio de estado ocurre durante esa meseta?
3. c) Si repetís la experiencia con el doble de agua, ¿la meseta durará más o menos tiempo? Razoná la respuesta.

En invierno, Álvaro tiende la ropa mojada dentro de casa. La ropa tarda mucho en secarse y, al cabo de unas horas, los vidrios de las ventanas aparecen empañados.

1. a) ¿Qué cambio de estado sufre el agua de la ropa?
2. b) ¿De dónde salen las gotitas de las ventanas? Explicá el camino del agua desde la ropa hasta el vidrio, nombrando los dos cambios de estado que ocurren.
3. c) Proponé dos formas de acelerar el secado de la ropa y justificalas.

El alcohol etílico hierve a $78\ ^\circ\text{C}$. En el laboratorio calentás al mismo tiempo, con el mismo fuego, un vaso con agua y otro con la misma cantidad de alcohol, ambos a la misma temperatura inicial.

1. a) ¿Cuál de los dos llega antes a su meseta de ebullición?
2. b) Cuando ambos están hirviendo, ¿cuál está a mayor temperatura?
3. c) ¿Qué propiedad característica de cada sustancia pone de manifiesto este experimento? ¿Para qué puede servir conocerla?

Reto del tema. ¿Por qué no cambia la temperatura mientras se derrite el hielo? Investigá el gráfico de fusión del agua en tu propia cocina.

1. Medí con el termómetro la temperatura ambiente actual de la cocina. Colocá varios cubitos de hielo con un poco de agua en un vaso.

2. Medí la temperatura cada $2\text{ min}$ con un termómetro de cocina (incertidumbre de $\pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$) agitando con cuidado, hasta que todo el hielo se funda y durante $4\text{ min}$ más.

3. Registrá las medidas en una tabla con sus incertidumbres ($t \pm 1\text{ s}$, $T \pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$) y trazá el gráfico de temperatura en función del tiempo, identificando la meseta térmica del cambio de estado.

4. Redactá un breve informe científico explicando, según la teoría cinético-molecular, qué ocurre con la energía cinética, las fuerzas de cohesión y el ordenamiento de las partículas en la meseta y en la posterior subida hacia la temperatura ambiente.

Se valorará:

• Registro riguroso de datos con sus incertidumbres y trazado correcto del gráfico.

• Identificación precisa del cambio de estado y de la meseta de fusión.

• Explicación coherente del fenómeno utilizando el modelo cinético-molecular.