¿Por qué, exactamente, la temperatura permanece constante durante un cambio de estado de la materia?

Question

Mi contraargumento:

Las fuerzas intermoleculares entre moléculas están o se rompen. No hay un punto intermedio. Por lo tanto, el cambio de intacto a roto es instantáneo.

La energía térmica aplicada aumenta el movimiento de las partículas en una sustancia, lo que a su vez aumenta su temperatura. Cuando el movimiento alcanza un punto crítico, la fuerza intermolecular es superada, y se produce un cambio de estado.

La explicación de que "la energía se utiliza para romper los enlaces, y no para aumentar la temperatura" no tiene sentido para mí. Para romper el enlace, se necesita intensificar el movimiento de las moléculas, lo que aumentaría la temperatura del agua. Por eso creo que no debería haber un período de temperatura constante.

Mi pregunta: ¿A dónde va esa energía? No está aumentando la temperatura; entonces, ¿qué está haciendo?

Answer 1

Veamos esto desde el lado energético:

• De 0°C a 100°C, el aumento de energía se traduce en una cantidad (en su mayoría) proporcional de aumento de temperatura.
• En 100°C, el aumento de energía no se traduce en un aumento de temperatura, sino en una cantidad de agua vaporizada. El vapor de agua estará a 100°C, es decir, el vapor y el líquido siguen en equilibrio térmico.
• Por encima de 100°C, el aumento de energía volverá a traducirse en un aumento de temperatura.

(No es tan lineal como estoy describiendo las cosas aquí, pero los detalles no cambian significativamente la imagen.)

Tenga en cuenta que todo esto es completamente independiente de la mecánica del cambio de fase; lo único que importa es que una fase tenga un contenido de energía diferente a la otra, y que el material pueda experimentar parcialmente el cambio de fase.
(Esto significa que su pregunta tiene sentido para sistemas que no pueden cambiar de fase de a poco, sino que deben hacerlo todo de una vez. No conozco ningún ejemplo, pero podría imaginar que algunos sistemas cuánticos entrelazados podrían mostrar dicho comportamiento.)

Este mecanismo se aplica a todos los cambios de fase: sobrecalentamiento, subenfriamiento, cristalización, reestructuración cristalina. También es independiente de si el cambio de fase es inducido por calentamiento, enfriamiento, (des)presurización, campo magnético externo, o lo que sea: En el momento del cambio de fase, sea lo que sea que lo esté causando tendrá su efecto absorbido en el cambio de fase hasta que todo haya cambiado, luego el efecto normal se reanudará.

Answer 2

Los propios enlaces representan una disminución en la energía potencial química. La energía necesita entrar en esto para romperlo. Como metáfora, considera que tienes una pelota en un campo de césped. Si hay un agujero en el campo y la pelota entra en él, se detendrá en el fondo del agujero y no saldrá. Para devolverla al campo donde puede rodar, es necesario agregar energía potencial gravitatoria. Si pateas la pelota en el agujero, saldrá con la energía cinética de la patada menos la cantidad necesaria para sacar la pelota del agujero.