Los cambios de estado

Copia y completa 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 pequeños hasta desaparecer. ¿Qué cambio de estado ha sufrido el hielo? Indica el estado inicial, el estado final y el nombre del cambio.

Las bolitas de naftalina que se ponen en los armarios 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?

Al hervir agua en una tetera sale vapor por el pico. ¿Cómo se llama el cambio de estado de líquido a gas? Pon 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? Escribe 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 congelador. ¿Qué cambio de estado sufre el agua? Escribe su nombre y su dirección (de qué estado a qué estado).

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

Marcos calienta una olla pequeña con hielo y agua y observa el termómetro: mientras queda hielo sin derretir, 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?

Identifica el cambio de estado que ocurre en cada caso y razona 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.

La olla de la abuela hierve y el termómetro de cocina marca $100\ ^\circ\text{C}$. Subes 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. Explica 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?

Tras trapear el piso de la cocina, quieres que se seque cuanto antes. ¿Se secará antes en un día caluroso o en uno frío? ¿Ayuda abrir la ventana para que corra el aire? Da 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 sientes 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 sientes frío?

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) ¿Crees que un huevo sancochado se hace allí antes o más despacio que en la playa? Justifica 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 más rápido la comida en ella?

Una mañana muy fría, el parabrisas del carro amanece cubierto de escarcha: el vapor de agua del aire ha pasado 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 disminuye día a día sin mojar el suelo. ¿Qué cambio de estado explica que la nieve desaparezca sin derretirse? Explícalo.

En los conciertos se usa hielo seco (dióxido de carbono sólido, muy frío) para crear una nube blanca que cubre el piso 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? Explica la cadena completa de cambios que produce la nube.

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

En un experimento del laboratorio se calienta una olla pequeña 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) Describe 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 ha durado 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 gráfica temperatura-tiempo muestra dos tramos horizontales: uno a $50\ ^\circ\text{C}$ y otro a $120\ ^\circ\text{C}$, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Qué significa cada tramo horizontal?
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? Explica por qué los puntos de fusión y de ebullición sirven para identificar sustancias.

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

1. a) Describe 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 repites la experiencia con el doble de agua, ¿la meseta durará más o menos tiempo? Razona la respuesta.

El alcohol etílico hierve a $78\ ^\circ\text{C}$. En el laboratorio calientas 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 palier 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? Investiga la gráfica de fusión del agua en tu propia cocina.

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

2. Mide 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. Registra las medidas en una tabla con sus incertidumbres ($t \pm 1\text{ s}$, $T \pm 0.5\text{ }^\circ\text{C}$) y traza la gráfica de temperatura frente a tiempo, identificando la meseta térmica del cambio de estado.

4. Redacta un breve informe científico explicando, según la teoría cinético-molecular, qué ocurre con la energía cinética, las fuerzas de cohesión y la ordenación 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 de la gráfica.

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

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

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. Usa la pista para explicar por qué el vapor cede más calor a la piel que el agua hirviendo.

En invierno, Álvaro tiende la ropa mojada dentro de casa. La ropa demora 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? Explica el camino del agua desde la ropa hasta el vidrio, nombrando los dos cambios de estado que ocurren.
3. c) Propón dos formas de acelerar el secado de la ropa y justifícalas.