Acerca de este experimento
El agua es la sustancia más fácil de observar en sus tres estados: hielo sólido, agua líquida y gas llamado vapor de agua. Coloca un matraz con hielo a −20 °C sobre una placa calefactora y caliéntalo. Observa el termómetro, los cubitos de hielo, las burbujas y el globo que recoge el vapor, y amplía la imagen para ver qué hacen las partículas. La curva de calentamiento muestra algo sorprendente: mientras el hielo se funde y mientras el agua hierve, la temperatura no cambia en absoluto.
Objetivos de aprendizaje
- Nombra los tres estados de la materia y da un ejemplo de cada uno.
- Describe cómo están dispuestas las partículas y cómo se mueven en un sólido, un líquido y un gas.
- Utiliza correctamente las palabras fundir, congelar, hervir, evaporar y condensar.
- Recuerda que el agua pura se funde a 0 °C y hierve a 100 °C a presión atmosférica normal.
- Explica que la temperatura se mantiene igual mientras cambia el estado.
Cómo usarlo
- 1Pulsa «Iniciar calentamiento». Observa cómo sube el termómetro hasta llegar a 0 °C. ¿Qué ocurre con los cubitos de hielo y con las partículas?
- 2Sigue calentando mientras se derrite el hielo. Observa la temperatura. ¿Sube mientras todavía queda hielo en el matraz?
- 3Calienta el agua hasta 100 °C. Describe las burbujas. ¿Qué hay dentro de ellas?
- 4Observa el globo mientras hierve el agua. ¿Por qué se infla, aunque no se añada nada al matraz?
- 5Pon la placa calefactora en modo «Enfriar». Reproduce la película hacia atrás: ¿adónde va el vapor de agua y cuándo vuelve a aparecer el hielo?
- 6Observa la curva de calentamiento. ¿Qué requiere más calor: derretir el hielo o evaporar toda el agua?
El modelo
Supuestos
- El matraz está cerrado con un globo, así que no se escapa agua y el vapor se mantiene a la presión atmosférica normal.
- Todo el calor de la placa calefactora pasa al agua. En un laboratorio real, parte del calor se pierde en el aire y en el vidrio.
- Valores utilizados: calor específico del hielo, 2,1 J/(g·°C); del agua, 4,18; y del vapor, 2,0; 334 J/g para derretir el hielo y 2257 J/g para hervir el agua.
- El dibujo de partículas representa cada partícula como una bolita. Es un modelo: las moléculas de agua reales son demasiado pequeñas para verlas y hay muchísimas más.
Pruébalo en clase
- Q1El helado se derrite en tu mano, pero no en el congelador. ¿Qué es diferente?
- Q2Un charco desaparece en un día soleado sin llegar nunca a los 100 °C. ¿Adónde fue el agua?
- Q3¿Por qué aparecen gotas de agua en el exterior de un vaso frío de zumo?
- Q4¿Es el vapor la nube blanca que se ve sobre un hervidor? Explica qué es realmente esa nube.
- Q5¿Por qué se tarda mucho más en hervir una olla hasta que se queda seca que en llevar el agua a ebullición?
Preguntas frecuentes
¿Por qué deja de subir la temperatura mientras se derrite el hielo?
En el hielo, las partículas se mantienen unidas formando un patrón. Derretirse significa romper ese patrón, y todo el calor de la placa caliente se utiliza para ello, en lugar de hacer que las partículas se muevan más rápido. Solo cuando todo el hielo se ha derretido vuelve a subir la temperatura.
¿Cuál es la diferencia entre hervir y evaporarse?
Ambos procesos transforman el agua líquida en gas. La evaporación ocurre lentamente en la superficie y a cualquier temperatura. La ebullición ocurre en todo el líquido a 100 °C; por eso se forman burbujas de vapor en el fondo.
¿Se puede ver el vapor?
No. El vapor de agua, es decir, el agua en estado gaseoso, es invisible. La nube blanca sobre una tetera está formada por diminutas gotas de agua líquida que se forman cuando el vapor se enfría en el aire.
¿El agua siempre hierve a 100 °C?
Solo a presión atmosférica normal, al nivel del mar. En una montaña alta, la presión del aire es menor y el agua hierve a una temperatura más baja: en la cima del monte Everest, a unos 70 °C.