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Aumento de la temperatura al nevar

Ocurre a veces que tenemos la sensación de que, cuando empieza a nevar, la temperatura se vuelve más agradable.

Para empezar a tratar este tema, miremos atrás en la historia y retrocedamos hasta el año 1762, donde el químico escocés Joseph Black (1728-1799) introdujo el concepto de calor latente. Joseph Black aportó mucho a la ciencia en el campo de la termodinámica.

Joseph Black

Black observó que al aplicar calor al hielo, este no pasaba de inmediato a estado líquido, sino que el calor era absorbido por el hielo sin que se experimentara un aumento de temperatura. Del mismo modo, cuando se aplicaba calor al agua hirviendo, no se producía la evaporación de forma inmediata. Lo que ocurre en realidad es que, cuando aplicamos calor al hielo su temperatura va subiendo desde las negativas hasta llegar a 0 ºC. Una vez que llegamos aquí, la temperatura no seguirá subiendo hasta que el hielo se haya fundido del todo, empleándose el calor en la fusión del hielo. Cuando todo el hielo esté fundido, la temperatura seguirá subiendo hasta llegar a los 100 ºC, pero en este punto la temperatura se mantendrá estable hasta que todo el agua se haya evaporado. Con estas observaciones, Black creó el concepto de calor latente.

Para comprender mejor el concepto, partimos de que en el hielo las partículas están muy ordenadas y, a medida que aumentamos la temperatura, vamos separando las moléculas y fomentando el desorden. Para todo esto se necesita una energía que permita separar la atracción molecular. El calor aportado al hielo se emplea en la transformación a agua líquida, no quedando calor para aumentar la temperatura. En el caso del paso a vapor es exactamente igual, todo el calor que llega al agua hirviendo se emplea en la transformación a vapor, no aumentando la temperatura hasta que se haya evaporado todo el agua.

El calor latente se refiere a un gramo de sustancia, siendo la energía requerida por un gramo de sustancia para cambiar de fase, es decir, para pasar de hielo a líquido, por ejemplo. El calor latente del vapor de agua es la cantidad de calor necesaria para convertir un gramo de agua en vapor, sin cambio de temperatura.

La cantidad de calor requerida para el cambio de estado se obtiene del producto de la masa de la sustancia por el calor latente de la sustancia (constante):

Q = m x L

El calor transferido en un cambio de estado no depende de la temperatura, pero sí de la cantidad de sustancia, representada por la masa. El calor latente L es característico de cada material y depende de sus propiedades moleculares.

En el hielo las moléculas están muy cerca una de las otras y hay una fuerte atracción entre ellas, siendo este estado sólido resistente a los cambios de forma. Cuando el agua se descongela y pasa a estado líquido, las moléculas de agua pueden moverse libremente y están más separadas que en el estado sólido, pero todavía existe una atracción molecular que permite al líquido cierta resistencia a cambiar de volumen. Cuando pasamos a vapor, el gas presenta moléculas muy dispersas y en este estado gaseoso existe muy poca resistencia a los cambios de forma y volumen. De hecho, el gas tiende a expandirse disminuyendo su densidad.

El cambio de sólido a líquido y después a estado gaseoso, supone un auge del desorden, un aumento de entropía.

Todos estos cambios de estado del agua son los que sirvieron a Anders Celsius (1701-1744) para establecer la escala de temperatura y definir los estado de la materia.

Estados de la materia

Cambios de estado de la materia

 

Pero, ¿qué ocurre cuando comienza a nevar?

La respuesta a esta pregunta la encontramos en la sublimación inversa, es decir, en el paso del estado gaseoso al estado sólido. Los copos de nieve están formados por cristales de hielo que se forman en la atmósfera por condensación de gotas de agua sobre la superficie de otra gota. Esta condensación origina cristales hexagonales que se van ramificando. La forma final que adquieren esas ramas dependen de las condiciones ambientales y de la cantidad de agua. Cuando esos copos de nieve caen por efecto de la gravedad, van atrapando vapor de agua en su descenso, provocando que ese gas pase a estado sólido y se libere calor. Este proceso es exotérmico, es decir, libera calor a la atmósfera. Esta es la explicación de que, cuando comienza a nevar, la temperatura se vuelva más agradable.

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2 Responses to Aumento de la temperatura al nevar

  1. MaGaO says:

    “En el hielo las moléculas están muy cerca una de las otras y hay una fuerte atracción entre ellas, siendo este estado sólido resistente a los cambios de forma. Cuando el agua se descongela y pasa a estado líquido, las moléculas de agua pueden moverse libremente y están más separadas que en el estado sólido,”
    Si esto fuera así de simple el hielo sería más denso que el agua, algo que no ocurre hasta que el agua supera los 9°C (para hielo a 0°C, cuanto más frío esté el hielo más caliente debe estar el agua para tener la misma densidad).

    • soloyamargo says:

      En el hielo las moléculas están más cerca y forman más enlaces de hidrógeno, adoptando una estructura hexagonal con espacios vacíos. Esta disposición hexagonal hace que el volumen aumente y, por tanto, la densidad baje. En realidad, las moléculas están más cerca unas de otras, pero este orden hexagonal hace que aumenten los espacios vacíos. Efectivamente, esto explica que la densidad del hielo sea menor que la del agua y veamos los icebergs flotar en los océanos. Muchas gracias por su reflexión.

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