¿Qué sucede con la temperatura del hielo cuando se derrite?

Si la temperatura ambiente alrededor de un trozo de hielo aumenta, la temperatura del hielo también aumentará. Sin embargo, este aumento constante de la temperatura se detiene tan pronto como el hielo alcanza su punto de fusión. En este punto, el hielo cambia de estado y se convierte en agua líquida, y su temperatura no cambiará hasta que se haya derretido por completo. Puedes probar esto con un experimento simple. Deje una taza de cubitos de hielo en un automóvil caliente y controle la temperatura con un termómetro. Descubrirás que el agua helada permanece a una temperatura helada de 32 grados Fahrenheit (0 grados Celsius) hasta que se haya derretido por completo. Cuando eso suceda, notará un aumento rápido de la temperatura a medida que el agua continúa absorbiendo el calor del interior del automóvil.

TL; DR (Demasiado largo; No leído)

Cuando calientas hielo, su temperatura aumenta, pero tan pronto como el hielo comienza a derretirse, la temperatura permanece constante hasta que todo el hielo se haya derretido. Esto sucede porque toda la energía térmica se dedica a romper los enlaces de la estructura de red cristalina del hielo.

Los cambios de fase consumen energía

Cuando calientas hielo, las moléculas individuales ganan 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 confines 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 mantienen a las moléculas en una estructura cristalina. En consecuencia, la temperatura permanece constante hasta que todo el hielo se haya derretido.

Lo mismo sucede cuando calientas agua hasta el punto de ebullición. El agua se calentará hasta que la temperatura alcance los 100 °C (212 °F), 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 qué tan 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 calientas una olla grande llena de agua que contiene un solo cubo de hielo, el agua lejos del hielo comenzará a calentarse, pero en el entorno inmediato del cubo de hielo, la temperatura permanecerá 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 la temperatura constante. A medida que más y más hielo se derrite, la tasa de derretimiento aumenta, pero la temperatura no sube hasta que se acaba todo el hielo.

Agregue más calor o algo de presión

Es posible crear un aumento de temperatura más o menos lineal si agrega suficiente calor. Por ejemplo, ponga un recipiente con hielo sobre una fogata 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 hacerlo es confinar el vapor en un espacio cerrado. Al hacerlo, hace que sea más difícil para las moléculas cambiar de fase y permanecerán en estado líquido mientras la temperatura del agua supera el punto de ebullición. Esta es la idea detrás de las ollas a presión.

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