Exercicis: Els canvis d'estat

Copia i completa l'esquema amb el nom de cada canvi d'estat:

1. a) De sòlid a líquid: $\dots$
2. b) De líquid a gas: $\dots$
3. c) De gas a líquid: $\dots$
4. d) De líquid a sòlid: $\dots$
5. e) De sòlid a gas, sense passar per líquid: $\dots$

En un refresc amb gel, els glaçons es fan cada vegada més petits fins a desaparèixer. Quin canvi d'estat ha experimentat el gel? Indica l'estat inicial, l'estat final i el nom del canvi.

En bullir aigua en una tetera surt vapor pel broc. Com s'anomena el canvi d'estat de líquid a gas? Posa un altre exemple de la vida quotidiana en què es produeixi aquest mateix canvi.

Quan et dutxes amb aigua calenta, el mirall del bany s'entela i es cobreix de gotetes. Quin canvi d'estat experimenta el vapor d'aigua en tocar el mirall fred? Escriu-ne el nom i la direcció (de quin estat a quin estat).

Per fer gel a casa, en Leo omple d'aigua una glaçonera i la posa al congelador. Quin canvi d'estat experimenta l'aigua? Escriu-ne el nom i la direcció (de quin estat a quin estat).

Les boles de càmfora que es posen als armaris contra les arnes es van gastant a poc a poc sense mullar res al voltant: passen directament de sòlid a gas. Com s'anomena aquest canvi d'estat?

A quina temperatura es fon el gel? I a quina temperatura bull l'aigua al nivell del mar? Expressa-les en graus Celsius.

En Marc escalfa un cassó amb gel i aigua i observa el termòmetre: mentre queda gel sense fondre, la temperatura no puja. La figura mostra el muntatge.

Què passa amb la temperatura d'una substància mentre s'està produint un canvi d'estat? Puja, baixa o es manté?

Identifica el canvi d'estat que es produeix en cada cas i raona si la substància absorbeix calor de l'ambient o en cedeix:

1. a) La rosada del matí: gotetes d'aigua sobre l'herba.
2. b) La roba mullada que s'eixuga al sol.
3. c) La parafina líquida d'una espelma que es torna sòlida en apagar-la.

La Jimena escalfa gel picat que surt del congelador a $-10\ ^\circ\text{C}$ i mesura la temperatura cada minut: primer puja fins a $0\ ^\circ\text{C}$; després es queda fixa a $0\ ^\circ\text{C}$ durant $6\ \text{min}$ mentre apareix aigua; finalment torna a pujar. La figura mostra la gràfica temperatura-temps que obté la Jimena.

1. a) En quin tram només hi ha gel?
2. b) Què està passant durant el tram horitzontal a $0\ ^\circ\text{C}$? En quins estats es troba l'aigua en aquest tram?

L'olla de l'àvia bull i el termòmetre de cuina marca $100\ ^\circ\text{C}$. Puges el foc al màxim i el vapor surt amb més força, però el termòmetre continua marcant $100\ ^\circ\text{C}$, com es mostra a la figura.

1. a) Quin canvi d'estat s'està produint?
2. b) Si arriba més calor, per què no puja la temperatura? En què s'està utilitzant aquesta energia?

Un bassal del carrer s'asseca al sol a $20\ ^\circ\text{C}$ sense que l'aigua bulli. En canvi, l'aigua d'una olla només bull quan arriba als $100\ ^\circ\text{C}$. En tots dos casos l'aigua passa de líquid a gas. Explica la diferència entre evaporació i ebullició: quina part del líquid es transforma en gas en cada cas i a quines temperatures es pot produir cadascun?

Després de fregar el terra de la cuina, vols que s'assequi com més aviat millor. S'assecarà abans un dia calorós o un de fred? Ajuda obrir la finestra perquè corri l'aire? Dona dues raons, pensant en què ajuda que les partícules d'aigua s'escapin de la superfície del terra.

Quan et desinfecten una ferida amb alcohol, la pell es queda seca en segons i notes una sensació de fred a la zona.

1. a) Quin canvi d'estat experimenta l'alcohol sobre la pell?
2. b) La vaporització necessita calor per produir-se: d'on l'agafa l'alcohol? Per què notes fred?

Un matí molt fred, el parabrisa del cotxe apareix cobert de gebre: el vapor d'aigua de l'aire ha passat directament a gel, sense ser líquid abans. Quin canvi d'estat és aquest? En què s'assembla i en què es diferencia de la formació de la rosada?

Després d'una nevada arriba una setmana freda i seca, sense que la temperatura pugi per sobre de $0\ ^\circ\text{C}$. Tot i així, la neu de la vorera minva dia a dia sense mullar el terra. Quin canvi d'estat explica que la neu desaparegui sense fondre's? Explica-ho.

En un experiment del laboratori s'escalfa un cassó amb gel a $-5\ ^\circ\text{C}$ amb un foc constant i s'anota la temperatura cada minut: la temperatura puja i arriba als $0\ ^\circ\text{C}$ al minut $2$; es manté a $0\ ^\circ\text{C}$ fins al minut $10$; després torna a pujar fins als $100\ ^\circ\text{C}$, que assoleix al minut $20$, i allà es queda mentre l'aigua bull.

1. a) Descriu com seria la gràfica temperatura-temps: quins trams ascendents i quins trams horitzontals (replans) té, i a quines temperatures estan.
2. b) En quin estat està l'aigua al minut $5$? I al minut $15$?
3. c) Quants minuts ha durat la fusió del gel?
4. d) Què està passant a cada replà? Per què la temperatura no puja en aquests trams encara que el foc continuï encès?

En escalfar una substància desconeguda, la seva gràfica temperatura-temps mostra dos replans: un a $50\ ^\circ\text{C}$ i un altre a $120\ ^\circ\text{C}$, com es mostra a la figura.

1. a) Què significa cada replà?
2. b) En quin estat es troba la substància a $25\ ^\circ\text{C}$? I a $90\ ^\circ\text{C}$?
3. c) Podria tractar-se d'aigua? Explica per què els punts de fusió i d'ebullició serveixen per identificar substàncies.

En un refugi de muntanya a $2000\ \text{m}$ d'altitud, l'aigua bull a uns $93\ ^\circ\text{C}$, perquè la pressió de l'aire és menor que al nivell del mar.

1. a) Creus que un ou dur es fa allà abans o més a poc a poc que a la platja? Justifica la resposta.
2. b) En una olla de pressió passa el contrari: l'aigua bull per sobre de $100\ ^\circ\text{C}$. Per què s'hi cou abans el menjar?

Als concerts s'utilitza gel sec (diòxid de carboni sòlid, molt fred) per crear un núvol blanc que cobreix el terra de l'escenari.

1. a) El gel sec passa directament de sòlid a gas sense fondre's: com es diu aquest canvi d'estat?
2. b) El núvol blanc no és el diòxid de carboni, que és invisible, sinó gotetes d'aigua que es formen quan el vapor d'aigua de l'aire es refreda al seu costat: quin canvi d'estat experimenta aquest vapor d'aigua? Explica la cadena completa de canvis que produeix el núvol.

Una cremada amb vapor d'aigua a $100\ ^\circ\text{C}$ és més greu que una cremada amb aigua bullent a $100\ ^\circ\text{C}$, encara que tots dos estiguin a la mateixa temperatura. Pista: en tocar la pell, el vapor primer es condensa i passa a líquid. Utilitza la pista per explicar per què el vapor cedeix més calor a la pell que l'aigua bullent.

Poses un got amb aigua a $20\ ^\circ\text{C}$ al congelador, que està a $-18\ ^\circ\text{C}$.

1. a) Descriu com seria la gràfica de refredament de l'aigua: quins trams descendents i quin tram horitzontal (replà) tindria, i a quina temperatura estaria el replà.
2. b) Quin canvi d'estat té lloc durant aquest replà?
3. c) Si repeteixes l'experiència amb el doble d'aigua, el replà durarà més o menys temps? Raona la resposta.

A l'hivern, l'Álvaro estén la roba mullada dins de casa. La roba triga molt a eixugar-se i, al cap d'unes hores, els vidres de les finestres apareixen entelats.

1. a) Quin canvi d'estat experimenta l'aigua de la roba?
2. b) D'on surten les gotetes de les finestres? Explica el camí de l'aigua des de la roba fins al vidre, anomenant els dos canvis d'estat que tenen lloc.
3. c) Proposa dues maneres d'accelerar l'assecatge de la roba i justifica-les.

L'alcohol etílic bull a $78\ ^\circ\text{C}$. Al laboratori escalfes alhora, amb el mateix foc, un got amb aigua i un altre amb la mateixa quantitat d'alcohol, tots dos a la mateixa temperatura inicial.

1. a) Quin dels dos arriba abans al seu replà d'ebullició?
2. b) Quan tots dos estan bullint, quin està a una temperatura més alta?
3. c) Quina propietat característica de cada substància posa de manifest aquest experiment? Per a què pot servir conèixer-la?

Repte del tema. Per què no canvia la temperatura mentre es fon el gel? Investiga la gràfica de fusió de l'aigua a la teva pròpia cuina.

1. Mesura amb el termòmetre la temperatura ambient actual de la cuina. Posa uns quants glaçons amb una mica d'aigua en un vas.

2. Mesura la temperatura cada $2\text{ min}$ amb un termòmetre de cuina (incertesa de $\pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$) agitant amb compte, fins que tot el gel es fongui i durant $4\text{ min}$ més.

3. Registra les mesures en una taula amb les seves incerteses ($t \pm 1\text{ s}$, $T \pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$) i traça la gràfica de temperatura enfront de temps, identificant l'altiplà tèrmic del canvi d'estat.

4. Redacta un breu informe científic explicant, segons la teoria cineticomolecular, què passa amb l'energia cinètica, les forces de cohesió i l'ordenació de les partícules a l'altiplà i en la posterior pujada cap a la temperatura ambient.

Es valorarà:

• Registre rigorós de dades amb les seves incerteses i traçat correcte de la gràfica.

• Identificació precisa del canvi d'estat i de l'altiplà de fusió.

• Explicació coherent del fenomen utilitzant el model cineticomolecular.