¿Por qué se debe suministrar energía térmica para derretir el hielo?

Answer 1

Dentro del hielo, las moléculas de agua están continuamente moviéndose y chocando unas con otras, pero no lo suficiente para permitirles escapar de su forma de cristal. Esto se debe a que su atracción electromagnética es más fuerte que su repulsión cinética;

El rojo representa oxígeno, el blanco representa hidrógeno. H20, el agua.

Esta imagen parece que no se están moviendo, pero en realidad están moviéndose como locos dentro de esa forma, porque su energía cinética permanece conservada. Es como cuando intentas detener una bola de ping pong entre el bate y la mesa, y hace el trrrrr rápido, pero sin que se detenga nunca (la bola de ping pong solo se detiene porque la energía cinética se transfiere para mover los átomos dentro de la bola). Murciélago y dentro de la mesa: calor).

Tan pronto como las moléculas de agua se muevan lo suficientemente rápido para que puedan liberarse de esta forma restrictiva, comenzarán a deslizarse unas sobre otras, lo que hará que se agiten mucho menos. El hielo se ha convertido en agua. Es como si hubieran quitado el bate, y la pelota de ping pong ya no está chocando tanto, debido a su libertad recuperada. Esto baja la temperatura.

Si lo calientas aún más, con el tiempo se irán repeliendo entre sí con la fuerza suficiente para dejarlos ir por completo, sin deslizarse uno sobre el otro. Esto baja la temperatura también. El agua se ha convertido en gas.

Answer 2

En pocas palabras, cuando aumenta la temperatura, está suministrando energía térmica. Ahora, en el hielo, el enlace de hidrógeno intermolecular es mayor que la energía térmica que lo rodea (a una temperatura inferior a 0 grados centígrados). cuando la temperatura aumenta y alcanza 0 grados centígrados, la energía térmica debida al aumento de la temperatura se utiliza para romper el enlace de hidrógeno intermolecular resistente. a medida que se utiliza la energía térmica, no puede ver ninguna diferencia en la temperatura (la parte recta del gráfico a 0 grados Celsius).

Answer 3

Una vez que la energía cinética promedio (o la temperatura) sea lo suficientemente alta como para disparar a un nivel sustancial el comienzo de la fusión del hielo, no se fundirá automáticamente de esa manera. Para resolver esto, debe considerar lo que realmente significa tener este cambio de fase entre agua sólida y líquida. Todavía se necesita energía porque la lleva a romper las moléculas de agua de sus fuerzas intermoleculares que las mantienen unidas. Por lo tanto, después de que se ingresa suficiente energía de calor para hacer que el hielo alcance su temperatura de fusión, se debe agregar más calor para desencadenar la ruptura de las fuerzas intermoleculares que mantienen unida al agua.

Answer 4

Porque se necesita energía para hacer la transición de fase de sólido a líquido. ¿De dónde más vendría en lugar de la energía térmica?

Después de todo, existen dos procesos de transferencia de energía diferentes en los sistemas termodinámicos: calor y trabajo. El trabajo, según la primera ley, siempre es reducible a subir y bajar de pesos, lo que obviamente no cambia la fase de la sustancia. Así que el calor debe ser.

El calor NO siempre eleva la temperatura de la sustancia. Esto es así solo para sustancias con una capacidad calorífica definida, como es normal para las sustancias cuando están lejos de las temperaturas / presiones a las que se producen los cambios de fase.

¿Por qué se necesita energía para hacer la transición de fase? Debido a que para superar la atracción entre las moléculas de agua que las harían sólidas, es necesario darles la energía cinética para mantenerlas alejadas.

Answer 5

De la Química Física se sabe que a 273.15 K (= 0 ° C) la reacción

H2O (s) → H2O (l) (s = sólido; l = líquido)

esta en equilibrio Esto significa que los potenciales químicos del hielo y el agua líquida son los mismos a exactamente esta temperatura, es decir, el cambio de energía Gibbs Delta G (DG) es cero en estas condiciones. por

DG = DH -T * DeS, esto conduce a

DH = T * DeS.

(T = temperatura absoluta en grados Kelvin; DH = cambio de entalpía H; DeS = cambio de entropía S por intercambio de calor reversible).

Durante el proceso de fusión, el calor debe fluir de manera reversible desde el entorno (mantenido a 273.15 K) al sistema (mezcla de hielo / agua a 273.15 K). La razón por la que el calor debe entrar en el sistema es que el hielo que desaparece deja una cierta cantidad de energía térmica, que es absorbida por la misma cantidad de agua líquida que aparece. Pero esta energía térmica no es suficiente para llevar el agua líquida producida a 273,15 K. Para mantener T = const., El sistema debe absorber el calor adicional (igual a T * DeS). En el caso inverso, cuando se forma hielo a 273.15 K, el calor debe abandonar el sistema.

Este intercambio reversible de calor es finalmente causado por la diferencia de las entropías de la Tercera Ley entre H2O (s) y H2O (l). La imaginación que para el proceso de fusión se usa la energía térmica para romper los enlaces de la red del cristal de hielo no es correcta.

Answer 6

Debido a que hay un cambio de estado, el calor de fusión se requiere para cambiar un sólido a un líquido, incluso si la temperatura no cambia.