Ha visto muchos cambios de fase antes, lo sepa o no. En particular, probablemente esté más familiarizado con los cambios de fase por los que pasa el agua. Probablemente hayas hervido agua para hacer pasta. O agua congelada sólida para hacer hielo. Probablemente incluso hayas visto escarcha en la hierba en invierno.
Todos estos cambios en la fase del agua van acompañados de una entrada o salida de calor, por lo que son una reacción endotérmica o una reacción exotérmica.
El cambio de energía acompaña a todos los cambios de fase
La pregunta sigue entonces, ¿qué tipo de cambio en energía acompaña cada cambio de fase? Para entender esto, piense en el movimiento de las partículas en cada fase. También debe pensar en qué tan atraídas se sienten las moléculas entre sí dentro de la fase.
Los sólidos contienen partículas que no se mueven tanto en comparación con un líquido o un gas. Tienen algo de movimiento térmico, pero claramente no en la misma cantidad que un líquido o un gas. Solo después de agregar energía (o calor) estas partículas comienzan a moverse más rápido.
Piense en un trozo de hielo. Las moléculas de agua en el trozo de hielo no se mueven mucho hasta que el agua comienza a derretirse. ¿Qué permite que el agua se derrita? Bueno, es una adición de calor.
¿Qué pasa cuando hierves el agua? Debe poner el agua sobre una llama para agregar calor al sistema y hacer que el agua hierva para producir vapor de agua.
Esta entrada de energía también es suficiente para vencer las fuerzas de atracción que mantienen unidas a las partículas. El agua es un buen ejemplo de una sustancia que tiene fuerzas intermoleculares sustanciales que la mantienen unida. Al agua le gusta adherirse a sí misma a través de enlaces de hidrógeno. Por lo tanto, la energía que se ingresa debe ser suficiente para que las moléculas dejen de adherirse tanto.
Esto significa que a medida que pasa de sólido a líquido y a gas, todos los cambios de fase que lo acompañan requieren la entrada de calor. Por tanto, estos cambios de fase son un ejemplo de reacción endotérmica.
Por otro lado, pasar de un gas a un líquido y a un sólido requiere lo contrario: se debe liberar calor. Estos cambios de fase se denominan reacciones exotérmicas.
Para convertir agua líquida en hielo, debes poner el agua en un ambiente frío para que el calor salga del agua. Solo entonces el agua se congelará.
Cuando tu mano toca el vapor, sientes calor porque el vapor se condensa inmediatamente al tocar tu piel. La liberación de energía se siente como calor cuando el vapor de agua pasa al agua.
Exotérmico vs. Endotérmico
A continuación se explica cómo clasificar los cambios de fase como endotérmicos o exotérmicos:
Nombre de cambio de fase: Congelación
- Fase: líquido a sólido
- Cambio de energía: exotérmico
- Ejemplo: agua helada
Nombre de cambio de fase: Derritiendo
- Fase: de sólido a líquido
- Cambio de energía: endotérmico
- Ejemplo: derretimiento del hielo
Nombre de cambio de fase: Condensación
- Fase: Gas a líquido
- Cambio de energía: exotérmico
- Ejemplo: quemaduras por vapor de agua
Nombre de cambio de fase: Evaporación
- Fase: líquido a gas
- Cambio de energía: endotérmico
- Ejemplo: agua hirviendo
Nombre de cambio de fase: Sublimación
- Fase: sólido a gas
- Cambio de energía: endotérmico
- Ejemplo: hielo seco
Nombre de cambio de fase: Declaración
- Fase: gas a sólido
- Cambio de energía: exotérmico
- Ejemplo: formación de escarcha
Una buena forma de recordar todo esto es que los cambios de fase opuestos tienen necesidades energéticas opuestas. Si sabe que de sólido a líquido a gas requiere la adición de calor (endotérmico), eso significa que sabe que pasar de gas a líquido y a sólido requiere la eliminación de calor (exotérmico).
Consejos
Al pasar de un estado más ordenado a un estado menos ordenado, el proceso es exotérmico. Al pasar de un estado menos ordenado a un estado más ordenado, el proceso es endotérmico.