Estados Metaestables del Agua

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Después de 5 horas el líquido del recipiente de agua no hervida estaba congelado lo cual sirvió para verificar que las botellas llenas de agua habían llegado al estado de congelación. Posteriormente a la verificación sacar la primera botella y observar en qué estado se encuentra, luego se dar un pequeño golpe a la botella y observar lo que ocurre.

El contenido de la segunda botella vaciar en un recipiente con cubos de hielo y observar lo que sucede con el agua vertida.

RESULTADOS (OBSERVACIONES)

Tabla No1. Situaciones de la experiencia y sus observaciones

SITUACIÓN

OBSERVACIONES

Calentamiento del agua

Al ingresar al agua a la ola para ebullir, esta estaba a temperatura ambiente (22ºC), al calentar el agua, esta lo hizo al paso de unos minutos y al llegar al punto de ebullición tuvo presencia de burbujas violentas. Al hacer ebullir al cabo de unos 3 a 5 min., esta lo hizo rápidamente y la presencia de burbujas fue mas violenta.

Llenado del agua en las botellas

Al llenar inmediatamente las botellas con el agua (a temperatura de ebullición), las botellas se contrajeron por el supercalentamiento e incluso el calor fue súper excesivo donde la mano no resistía el intenso calor que expedía.

Ingreso de las botellas al congelador

Al ingresar las botellas al congelador, solo se notó que las botellas aún seguían con el inmenso calor.

Experiencia 1: Golpe inercial en la botella

Después de 5 horas, se notó que el agua no estaba congelada totalmente y se hallaba en estado líquido, al darle un golpe en la base de la botella, el agua empezó a congelarse poco en su totalidad hasta que el agua pasó a estado sólido totalmente al cabo de unos segundos.

Experiencia 2: Vertido del agua al cubo de hielo

Después de 5 horas, se notó que el agua no estaba congelado totalmente y se hallaba en estado líquido, al verter el agua a un cubo de hielo, esta comenzó a congelarse apenas hacia contacto con el cubo de hielo; formando con el agua vertida una pila de hielo pequeña por encima del cubo de hielo.

Elaborado por Cholango y otros

DISCUSIONES

Al golpear el envase con el agua, después de cinco horas en el congelador, este se congelo totalmente, esto se debe a que “la resistencia estructural del estado metaestable puede vencerse aplicando al sistema perturbaciones externas que tienden a desencadenar la formación de núcleos de la nueva fase”; esto quiere decir que ha falta de núcleos, se puede mantener el mismo estado hasta llegar a la temperatura en la que se produce nucleación homogénea del cristal. Donde la nucleación homogénea se puede producir por encima de la transición cuando el sistema es un sólido. Por ello al exponer a una fuerza inercial externa, esta obligó a desencadenar núcleos para la formación del estado sólido inmediatamente; donde el estado metaestable presente en este momento, al golpearlo, el sistema entro en un estado evolución cambiante hacia el más estable (solido), esto debido por la suministración de una energía de activación inercial.

Cuando el agua vertido al cubo de hielo se congelo al apenas entrar en contacto, esto se basa a lo anteriormente dicho, solo que la formación de lo núcleos al primer contacto, se comienzan a acumular armoniosamente, donde la formación del pilar se debe a la formación homogénea del agua [2], donde al salir del estado metaestable al hacer contacto con el cubo de hielo produce un cambio abrupto hacia el estado más estable, que logre una equilibrio del medio y de las condiciones en que se encuentran, aunque estemos a temperatura ambiente y aun así se dé el congelamiento del agua.

El fenómeno en ambas experiencia, se le conoce como sobrefusión o superenfriamiento del agua, esto es cuando nucleación interviene directamente en las posibilidades de producirse un superenfriamiento, donde los cambios de fase tienen lugar siempre a partir de las zonas donde hay nucleación, ya que son las zonas en las que el estado termodinámico es diferente al del resto de la muestra. Si eliminamos la nucleación el cambio de fase puede retrasarse y podemos hacer que el agua se enfríe muy por debajo de los 0ºC o que se caliente muy por encima [3].Sabiendo esto, se dice que cuando hacemos que el agua sobrepase su temperatura de fusión hacemos que entre en un estado metaestable, lo cual quiere decir que está en un estado que puede parecer estable (líquido superenfriado), pero que a la más mínima perturbación éste va a decaer a un estado completamente estable (sólido). La perturbación, en una experiencia, es el golpe, y en la otra la nucleación homogénea y estabilizada del sistema.

BIBLIOGRAFÍA

[1]

M. Zamora, «Las transiciones de fase,» de TERMO I: Estudio de los sistemas termodinámicos, Sevilla , EGONDI ARTES GRÁFICAS, 1998, p. 361.

[2]

Colaboradores de Wikipedia, «Wikipedia,» Fundación Wikipedia Inc., 25 Mayo 2015. [En línea]. Available: https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Sobrefusi%C3%B3n&oldid=82705880. [Último acceso: 20 Noviembre 2016].

[3]

I. García, «Wis Physics,» Creative Commons Reconocimiento, 5 Junio 2010. [En línea]. Available: http://www.wisphysics.es/2010/06/el-superenfriamiento. [Último acceso: 20 Noviembre 2016].

[4]

R. Chang, Fisicoquímica, Barcelona: Mc Graw Hill, 2008.

ANEXOS