Sesión 3

Actividad 6. Cambios de estado de la materia ( II )

Objetivos:

• Profundizar en el estudio de los distintos cambios de estado de la materia.

• Constatar que la temperatura permanece constante durante el cambio de estado.

Desarrollo:

1º) Profesor: Una vez asimilado que la temperatura juega un papel decisivo en los cambios de estado, se les plantea a los alumnos si ésta cambia durante el proceso o no. Casi con toda seguridad, los alumnos responderán que van aumentando durante el cambio de estado.

2º) Profesor: Recuerda que es posible medir la temperatura con un termómetro para comprobar si las ideas que tenemos son o no acertadas. Seguidamente, propone realizar experiencias para estudiar la temperatura en los cambios de estado del agua, comprobar si permanece o no constante.

• Material: Mechero Bunsen, soporte, rejilla, vaso de precipitados, hielo, cristalizador, varios termómetros (por ejemplo, de –10ºC a 110ºC).

• Procedimiento para el proceso de fusión del agua: se deposita hielo triturado en un vaso de precipitados (50 ó 100 mL), se introduce un termómetro y se mide la temperatura mientras funde a intervalos de tiempo constantes (1 ó 2 minutos).

• Procedimiento para el proceso de solidificación del agua: se pone un vaso de precipitados pequeño (50 mL) con agua dentro de una mezcla frigorífica con hielo picado y varias cucharadas de sal (la mezcla de 3 ó 4 cubitos y tres cucharadas de sal funde a –17ºC) en un cristalizador. Con un termómetro dentro del agua se mide la temperatura mientras solidifica a intervalos de tiempo constantes (1 ó 2 minutos). Se podría medir la temperatura de la mezcla frigorífica para justificar por qué se llama así (sería necesario un termómetro que mida, al menos, temperatura del orden de –20ºC ya que el descenso crioscópico puede llegar hasta –19ºC).

• Procedimiento para el proceso de vaporización (condensación y ebullición) del agua: se pone agua en un vaso de precipitados mediano (100 ó 250 mL) y se calienta. Se mide la temperatura durante el proceso de calentamiento a intervalos de tiempo constantes (1 ó 2 minutos). Se deben tomar, al menos, 10 medidas una vez que se ha alcanzado la ebullición. A modo de precaución se debe colocar el bulbo del termómetro alejado de la base donde incide la llama para evitar sobrecalentamiento. Se deben hacer observaciones para establecer la diferencia entre la evaporación y la ebullición: dos formas de cambio de estado de líquido a gas.

Los alumnos deben sacar conclusiones sobre lo que ha ocurrido, comprobando que la temperatura permanece constante durante los cambios de estado del agua (fusión, solidificación y ebullición). También deben advertir que en los procesos inversos la temperatura es la misma.

Observación:
Los alumnos piensan que la temperatura de fusión es la que tiene el sistema cuando ha fundido todo el hielo. Es decir, no interpretan la fusión como un proceso que requiere más o menos tiempo en función de la cantidad de materia (algo similar deben pensar de los otros cambios de estado). Por eso es necesario que realicen observaciones para identificar el proceso desde que se tritura el hielo.

3º) Profesor: Concluye la actividad describiendo el proceso de fusión, insistiendo en la diferencia entre temperatura de fusión y tiempo que dura la fusión. Hace extensiva la idea al resto de los cambios de estado, señala la constancia de la temperatura durante los cambios de estado y en su dependencia con la naturaleza de las sustancias; recuerda el significado de propiedad específica para identificar las temperaturas de fusión y ebullición como ejemplos de propiedades específicas. Adelanta que explicar por qué ocurre esto requiere conocer mejor cómo es la materia en el nivel microscópico, algo que se verá a continuación.