Cambio de estado Punto Triple

Introducción

• Realizaremos un experimento para descubrir los tres estados de la materia al mismo tiempo.

Materiales

• Recipiente de vidrio (puede ser un vaso)

• Bola de naftalina

• Colorante para comida

• Termómetro que mida hasta 100°C al menos

• Fuente metálica u olla de cocina

Procedimiento

• 1.-Coloca un poco de agua dentro de la olla y ponla sobre el fuego, en la cocina durante unos cuantos minutos aproximadamente 10 (RECUERDA PEDIR AYUDA A UN MAYOR). Después de los 10 minutos con el termómetro ve controlando la temperatura del agua, ve checándola cada 2 minutos aproximadamente Cuando ésta llegue a 81 u 82 grados centígrados, la sacas del fuego y la colocas en el frasco.

• 2.-Ahora tienes que tirarle un par de gotitas de colorante para teñirla unas 5 mínimo.

• 3.-Para terminar, coloca la bola de naftalina dentro del frasco, y observa como conviven los tres estados de la materia al mismo tiempo.

• 4.-Solido, Líquido y Gaseoso, son los estados que observamos al hacer el procedimiento ya dado en las instrucciones de arriba

Conclusiones sobre el experimento

• Como ya observamos esto pasa al mezclar la bolita de naftalina al recipiente con agua a lo que hemos llegado es que todo esto pasa por los estadas de materia. También sabemos que este experimento no es muy difícil de hacer pero para hacerlo tienen que tener una supervisión con un adulto y al hacerlo nos muestra muy bien lo que pasa. Esto ya nos da a una conclusión de que los estados de la materia se pueden mostrar de muchas formas .También al concluir con este experimento vemos que la naftalina es muy grave hemos hecho una investigación y encontramos esta información sobre ella "Hay que decir que la exposición a grandes cantidades puede dañar células sanguinas rojas, la exposición a niños durante largos periodos de tiempo puede causar anemia hemofílica. la exposición larga a naftaleno causa fatiga, perdida del apetito, piel pálida, nauseas, diarrea, vómitos y sangre en la Oriana "

¿Cómo funciona?

Esta es una explicación de los estados de materia que viene junto con el experimento.

Como sabemos, las sustancias cambian de estado. Es decir, pueden estar en estado sólido, líquido o gaseoso. Por ejemplo, si colocamos agua en estado líquido en el congelador, cuando ésta llegue a una temperatura de cero grados centígrados, comenzará a ponerse "sólida".

Si por el contrario, ponemos agua líquida en el fuego de la cocina, ésta se calentará hasta hervir y transformase en vapor.

Los estados de la materia son básicamente tres, y los cambios de uno a otro de ellos, tienen un nombre específico.

En la siguiente imagen podemos verlos:

Que una sustancia sea sólida, líquida o gaseosa, depende de la presión y de la temperatura de la misma. Así, podemos evaporar agua líquida aumentando su temperatura, pero también podemos hacerlo disminuyendo su presión.

Sabemos que el agua hierve a los 100°C y se congela a 0°C, pero lo que pocos saben es que eso ocurre a una presión de 1 la presión ambiente. Pero si por ejemplo tendríamos agua dentro de un recipiente a presión mayor, herviría a más de 100°C.

Un dato interesante

Diagrama de fases:  veríamos que 1 atm y 100°c corresponde al límite entre el estado líquido y el gaseoso, es decir, si seguimos aplicando calor, se transformará en vapor.

Pero todos estos diagramas tienen un punto particular, llamado punto triple, que es una condición de presión y temperatura en la cual la sustancia puede encontrarse en sus tres estados de la materia al mismo tiempo (sólido, líquido y gaseoso)

El punto triple del agua, por ejemplo, corresponde a una presión de 0,006 atm y una temperatura de 0,0098 °C. Sin duda, podemos alcanzar esa temperatura en nuestrosexperimentos, pero no podemos lograr dicha presión tan baja.

Pero por suerte existen otras sustancias, como la naftalina, cuyo punto triple nos es "mas accesible". A temperatura y presión ambiente, la naftalina sublima, es decir, pasa del estado sólido al gaseoso. El punto triple de de esta sustancia se encuentra en una temperatura de 80.28ºC y a una presión de 1 atm (presión atmosférica).

Es por eso que cuando colocamos la naftalina solida en el agua a esa temperatura, comienza a pasar a estado líquido pero también a gaseoso al mismo tiempo.

Un dato interesante

El punto triple es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado sólido, el estadolíquido y el estado gaseoso de unasustancia. Se define con una temperatura y una presión de vapor.

El punto triple del agua, por ejemplo, está a 273,16 K (0,01 °C) y a una presión de 611,73Pa ITS90. Esta temperatura, debido a que es un valor constante, sirve para calibrar las escalas Kelvin y Celsius de los termómetrosde mayor precisión.

Sabemos que las moléculas de las sustancias vibran. En el estado sólido, lo hacen sin moverse de su lugar. En el líquido, se mueven libremente chocando unas con otras, lo que permite que al colocar una gota de colorante en agua (por ejemplo) la misma termine tiñéndolo todo. Y en el estado gaseoso también se mueven libremente, pero con mas violencia, es por eso que las colisiones hacen que estén mas separadas y los gases ocupen tanto volumen, a diferencia de los líquidos y sólidos.

Pero lo curioso ocurre cuando seguimos calentado un gas, hasta temperaturas elevadas que son específicas para cada sustancias. Allí las moléculas del gas se mueven tan rápido y con tanta energía, que al chocar una con otra se producen desprendimientos de electrones. Eso hace que el gas se ionice y adquiera propiedades conductivas a la corriente eléctrica, y que además se pueda manipular muy fácilmente con un campo magnético.

Existen además otros estados de la materia, como por ejemplo el Condensado de Bose-Einstein, Condensado de Fermi, Supersólidos. Incluso hay otros supuestos estados, pero que sólo ocurren bajo condiciones extremas, como por ejemplo en el interior de estrellas muertas, o estados que existían inmediatamente después del Big Bang.

Un típico diagrama de fase. La línea verde marca el punto de congelación, la azul, el punto de ebullición y la roja el punto de sublimación. Se muestra como estos varían con lapresión. El punto de unión entre las líneas verde, azul y roja es el punto triple. La línea con puntos muestra el comportamiento anómalo del agua.

Punto triple del agua

La única combinación de presión y temperatura a la que el agua, hielo y vapor de agua pueden coexistir en un equilibrio estable se produce exactamente a una temperatura de 273,1598 K (0,0098°C) y a una presión parcial de vapor de agua de 611,73 pascales (6,1173 milibares, 0,0060373057 atm). En ese momento, es posible cambiar el estado de toda la sustancia a hielo, agua o vapor arbitrariamente haciendo pequeños cambios en la presión y la temperatura. Se debe tener en cuentaque incluso si la presión total de un sistema está muy por encima de 611,73 pascales (es decir, un sistema con una presión atmosférica normal), si la presión parcial del vapor de agua es 611,73 pascales, entonces el sistema puede encontrarse aún en el punto triple del agua . Estrictamente hablando, las superficies que separan las distintas fases también debe ser perfectamente planas, para evitar los efectos de las tensiones de superficie.

El agua tiene un inusual y complejo diagrama de fase (aunque esto no afecta a las consideraciones generales expuestas sobre el punto triple). A altas temperaturas, incrementando la presión, primero se obtiene agua líquida y, a continuación, agua sólida. Por encima de 109 Pa aproximadamente se obtiene una forma cristalina de hielo que es más denso que el agua líquida. A temperaturas más bajas en virtud de la compresión, el estado líquido deja de aparecer, y el agua pasa directamente de sólido a gas.

A presiones constantes por encima del punto triple, calentar hielo hace que se pase de sólido a líquido y de éste a gas, o vapor. A presiones por debajo del punto triple, como las encontradas en el espacio exterior, donde la presión es cercana a cero, el agua líquida no puede existir. En un proceso conocido como sublimación, el hielo salta la fase líquida y se convierte directamente en vapor cuando se calienta.

La presión del punto triple del agua fue utilizada durante la misión Mariner 9 a Marte como un punto de referencia para definir "el nivel del mar". Misiones más recientes hacen uso de altimetría láser y gravimetría en lugar de la presión atmosférica para medir la elevación en Marte.

Referencias

http://html.rincondelvago.com/determinacion-del-punto-triple-del-benceno.html

http://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2010/02/punto-triple.html

http://www.ucm.es/info/diciex/proyectos/agua/cambios_de_estado.html

http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/13860730/experimentos-caseros.html

Autor

Evelyn Jaqueline De Los Santos S