Anàlisi de la Corba d'Escalfament i Lleis dels Gasos Ideals

Anàlisi de la Corba d'Escalfament

Una corba d’escalfament mostra com varia la temperatura d’una substància quan se li subministra energia en forma de calor.

Estat Sòlid (Gel)

• La substància es troba en estat sòlid.
• La temperatura augmenta de manera progressiva.
• L’energia subministrada serveix per: Augmentar l’energia cinètica de les partícules.
• El sòlid s’escalfa fins arribar a 0 °C.

La velocitat d’escalfament és diferent de la del líquid i del gas perquè el sòlid té una capacitat calorífica específica pròpia.

Estat Líquid (Aigua)

• La substància es troba en estat líquid.
• La temperatura augmenta de manera contínua.
• L’energia subministrada serveix per: Augmentar l’energia cinètica de les partícules del líquid.
• El líquid s’escalfa des de 0 °C fins a 100 °C.

L’aigua líquida s’escalfa a una velocitat diferent del sòlid i del gas perquè té una capacitat calorífica específica diferent.

Estat Gasós (Vapor d'Aigua)

• La substància es troba en estat gasós.
• La temperatura augmenta.
• L’energia subministrada serveix per: Augmentar l’energia cinètica de les partícules del gas.

El gas també té una capacitat calorífica específica pròpia, diferent de la del sòlid i del líquid.

Canvis d'Estat (Temperatura Constant)

Fusió (0 °C)

• Coexisteixen sòlid i líquid.
• La temperatura es manté constant.
• L’energia s’utilitza per trencar els enllaços entre les molècules.

Ebullició (100 °C)

• Coexisteixen líquid i gas.
• La temperatura es manté constant.
• L’energia s’utilitza per trencar els enllaços que permeten el pas a l’estat gasós. Aquesta energia rep el nom de calor latent de canvi d’estat.

Conceptes Clau

Capacitat Calorífica Específica ($c_e$)

És la quantitat d’energia que s’ha de subministrar a 1 g d’una substància perquè augmenti 1 °C la seva temperatura. Cada estat físic té un valor diferent de capacitat calorífica específica.

La relació entre la calor, la massa, la capacitat calorífica específica i la variació de temperatura és:

$$Q=m \cdot c_e \cdot \Delta T$$

On:

• $Q$ és la calor subministrada.
• $m$ és la massa.
• $c_e$ és la capacitat calorífica específica.
• $\Delta T$ és la variació de temperatura.

Calor Latent de Canvi d’Estat ($L$)

És la calor que s’utilitza exclusivament per produir un canvi d’estat, sense augmentar la temperatura de la substància. Les molècules no poden separar-se més sense trencar els enllaços que les uneixen, i per això l’energia es destina a aquest procés.

Lleis dels Gasos Ideals

Llei de Boyle-Mariotte

$$P_1 \cdot V_1 = P_2 \cdot V_2$$

• $P_1$ = pressió inicial
• $V_1$ = volum inicial
• $P_2$ = pressió final
• $V_2$ = volum final

Llei de Charles

$$\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2} \quad \text{o} \quad V_1 \cdot T_2 = V_2 \cdot T_1$$

• $V_1$ = volum inicial
• $V_2$ = volum final
• $T_1$ = temperatura inicial (K)
• $T_2$ = temperatura final (K)

Llei de Gay-Lussac

$$\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2} \quad \text{o} \quad P_1 \cdot T_2 = P_2 \cdot T_1$$

• $P_1$ = pressió inicial
• $P_2$ = pressió final
• $T_1$ = temperatura inicial (K)
• $T_2$ = temperatura final (K)

Equació d’Estat dels Gasos Ideals

$$P \cdot V = n \cdot R \cdot T$$

• $P$ = pressió
• $V$ = volum
• $n$ = nombre de mols
• $T$ = temperatura (K)
• $R$ = constant dels gasos:
  • $0,082 \text{ atm}\cdot\text{L}/(\text{K}\cdot\text{mol})$