Si la temperatura ambiente alrededor de un trozo de hielo aumenta, la temperatura del hielo también aumentará. Sin embargo, este aumento constante de temperatura se detiene tan pronto como el hielo alcanza su punto de fusión. En este punto, el hielo sufre un cambio de estado y se convierte en agua líquida, y su temperatura no cambiará hasta que todo se haya derretido. Puedes probar esto con un simple experimento. Deje una taza de cubitos de hielo en un automóvil caliente y controle la temperatura con un termómetro. Verá que el agua helada permanece a 32 grados Fahrenheit (0 grados Celsius) helados hasta que se derrita por completo. Cuando eso suceda, notará un rápido aumento de temperatura a medida que el agua continúa absorbiendo calor del interior del automóvil.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
Cuando calienta hielo, su temperatura aumenta, pero tan pronto como el hielo comienza a derretirse, la temperatura permanece constante hasta que todo el hielo se derrita. Esto sucede porque toda la energía térmica se destina a romper los enlaces de la estructura de la red cristalina del hielo.
Los cambios de fase consumen energía
Cuando se calienta hielo, las moléculas individuales obtienen energía cinética, pero hasta que la temperatura alcanza el punto de fusión, no tienen energía para romper los enlaces que las mantienen en una estructura cristalina. Vibran más rápidamente dentro de sus límites a medida que agrega calor y la temperatura del hielo aumenta. En un punto crítico, el punto de fusión, adquieren suficiente energía para liberarse. Cuando eso sucede, toda la energía térmica agregada al hielo es absorbida por H2O moléculas cambiando de fase. No queda nada para aumentar la energía cinética de las moléculas en estado líquido hasta que se hayan roto todos los enlaces que sostienen las moléculas en una estructura cristalina. En consecuencia, la temperatura permanece constante hasta que todo el hielo se derrita.
Lo mismo sucede cuando calienta el agua hasta el punto de ebullición. El agua se calentará hasta que la temperatura alcance los 212 F (100 C), pero no se calentará más hasta que se haya convertido en vapor. Mientras el agua líquida permanezca en una olla hirviendo, la temperatura del agua es de 212 F, sin importar cuán caliente esté la llama debajo.
Existe un equilibrio en el punto de fusión
Quizás se pregunte por qué el agua que se ha derretido no se calentará más mientras tenga hielo. En primer lugar, esa afirmación no es del todo precisa. Si calienta una olla grande llena de agua que contiene un solo cubo de hielo, el agua lejos del hielo se comienzan a calentarse, pero en el entorno inmediato del cubo de hielo, la temperatura se mantendrá constante. Una forma de entender por qué sucede esto es darse cuenta de que, mientras parte del hielo se derrite, parte del agua alrededor del hielo se vuelve a congelar. Esto crea un estado de equilibrio que ayuda a mantener constante la temperatura. A medida que se derrite más y más hielo, la velocidad de derretimiento aumenta, pero la temperatura no aumenta hasta que todo el hielo desaparece.
Agregue más calor o algo de presión
Es posible crear un aumento de temperatura más o menos lineal si agrega suficiente calor. Por ejemplo, coloque una olla con hielo sobre una hoguera y registre la temperatura. Probablemente no notará mucho retraso en el punto de fusión porque la cantidad de calor afecta la velocidad de fusión. Si agrega suficiente calor, el hielo puede derretirse más o menos espontáneamente.
Si está hirviendo agua, puede aumentar la temperatura del líquido que aún está en la olla agregando presión. Una forma de hacer esto es confinar el vapor en un espacio cerrado. Al hacerlo, dificulta que las moléculas cambien de fase y permanecerán en estado líquido mientras la temperatura del agua aumenta más allá del punto de ebullición. Esta es la idea detrás de las ollas a presión.