Termodinámica De La Transformación Del Agua En Hielo.
Páginas: 6 (1390 palabras)
Publicado: 11 de diciembre de 2012
Introducción: aspectos termodinámicos de la congelación
Termodinámica de la Transformación del Agua en Hielo.
Hay dos procesos:
1.- Disminución de temperatura.
2.- Paso de líquido a sólido. La capacidad calorífica disminuye.
Interesan dos factores:
1.- Factores Termodinámicos.
2.- Factores Cinéticos ( velocidad ).
1.- Factores Termodinámicos. Al eliminar calor si no hay cambiode fase el cambio de
temperatura se expresa:
_T = q/C donde
_T = Cambio de temperatura.
C = Capacidad Calorífica ( Calor Especifico ).
q = Cantidad de calor eliminado.
En cambio de fase puede haber un cambio de Cp sin cambio de temperatura ( el cambio es L y
se denomina calor latente ).
1/7
Introducción: aspectos termodinámicos de la congelación
El paso de agua pura ahielo :
H 2 O (l) → H 2 O (s)
Cp agua líquida = 1 cal/gxK ( 4,18 Kj/KgxK )
Cp agua sólida = 0,5 cal/gxK ( 2,04 Kj/KgxK )
La Cp entorno a 0 ºC no depende de la temperatura.
L ( Calor Latente de cristalización ) = 79,7 cal/ g ( 335 Kj /Kg ).
Todo esto a presión de 1 atmósfera. Si la presión es distinta a 1 atmósfera el punto Tm = pto
de fusión del hielo varia:
dTm / dP = T_V / Ldonde
P = presión aplicada.
L = calor latente de cristalización.
_V = diferencia de volumen entre el estado sólido y líquido.
El punto de fusión se puede reducir con presión aunque es difícil, sólo se hace en casos
2/7
Introducción: aspectos termodinámicos de la congelación
especiales.
En alimentos el agua no es pura.
- Transformación de Agua en Hielo en Solución.
Unsistema está en equilibrio cuando sus potenciales químicos de sus componentes son
iguales en todas las fases.
Para el agua pura el potencial químico es proporcional a la presión parcial del vapor en el
equilibrio. En la gráfica la presión de vapor es función de la temperatura. A 0 ºC la presión
parcial de vapor del agua y del hielo están en equilibrio. Las líneas continuas nos dan lapresión en equilibrio; las líneas discontinuas son extrapolaciones.
Si se añade un soluto se reduce la presión de vapor, esto esta dado por:
P0 - P / P0 = X2 donde
X2 = fracción molar del soluto en solución.
P0 = presión parcial del agua pura.
3/7
Introducción: aspectos termodinámicos de la congelación
P = presión parcial del agua en solución.
Esto se conoce como Depresión delPunto de Congelación.
En una solución diluida la depresión del punto de congelación puede ser estimada a partir de L
y la fracción molar, ya que se comportan idealmente sólo en estas condiciones.
Los puntos de la curva de líquido describen cambios de comportamiento en el equilibrio del
sistema de fusión en función de la temperatura. En todos los puntos la presión parcial del
sistemacongelado debe ser igual a la del hielo a la misma temperatura, de forma que los
alimentos congelados a la misma temperatura presentan la misma actividad de agua.
- Efecto principal de añadir soluto sobre el contenido calorífico del sistema:
1.- Disminución de la temperatura de congelación.
2.- El calor latente asociado al cambio de fase (L) varia según la temperatura.
Para predecir lo queocurre: el contenido calorífico de la fase líquida es la suma del contenido
calorífico individual del/los solutos y la del agua (como si fueran puros, no se tienen en cuenta
las interacciones entre ambas). Los contenidos caloríficos no son función simple de la
temperatura pues el calor latente (L) es función de la temperatura que depende del hielo
formado ( esto se calcula empíricamente ).La congelación se describe con diagramas de fase.
4/7
Introducción: aspectos termodinámicos de la congelación
En estos sistemas no se alcanza el todo de hielo porque hay factores cinéticos que influyen.
1.- Factores cinéticos de la transformación de agua en hielo:
1.1.- Nucleación. Se forman núcleos (semilla) para facilitar la reorganización del líquido como
estarían en estado...
Termodinámica de la Transformación del Agua en Hielo.
Hay dos procesos:
1.- Disminución de temperatura.
2.- Paso de líquido a sólido. La capacidad calorífica disminuye.
Interesan dos factores:
1.- Factores Termodinámicos.
2.- Factores Cinéticos ( velocidad ).
1.- Factores Termodinámicos. Al eliminar calor si no hay cambiode fase el cambio de
temperatura se expresa:
_T = q/C donde
_T = Cambio de temperatura.
C = Capacidad Calorífica ( Calor Especifico ).
q = Cantidad de calor eliminado.
En cambio de fase puede haber un cambio de Cp sin cambio de temperatura ( el cambio es L y
se denomina calor latente ).
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Introducción: aspectos termodinámicos de la congelación
El paso de agua pura ahielo :
H 2 O (l) → H 2 O (s)
Cp agua líquida = 1 cal/gxK ( 4,18 Kj/KgxK )
Cp agua sólida = 0,5 cal/gxK ( 2,04 Kj/KgxK )
La Cp entorno a 0 ºC no depende de la temperatura.
L ( Calor Latente de cristalización ) = 79,7 cal/ g ( 335 Kj /Kg ).
Todo esto a presión de 1 atmósfera. Si la presión es distinta a 1 atmósfera el punto Tm = pto
de fusión del hielo varia:
dTm / dP = T_V / Ldonde
P = presión aplicada.
L = calor latente de cristalización.
_V = diferencia de volumen entre el estado sólido y líquido.
El punto de fusión se puede reducir con presión aunque es difícil, sólo se hace en casos
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Introducción: aspectos termodinámicos de la congelación
especiales.
En alimentos el agua no es pura.
- Transformación de Agua en Hielo en Solución.
Unsistema está en equilibrio cuando sus potenciales químicos de sus componentes son
iguales en todas las fases.
Para el agua pura el potencial químico es proporcional a la presión parcial del vapor en el
equilibrio. En la gráfica la presión de vapor es función de la temperatura. A 0 ºC la presión
parcial de vapor del agua y del hielo están en equilibrio. Las líneas continuas nos dan lapresión en equilibrio; las líneas discontinuas son extrapolaciones.
Si se añade un soluto se reduce la presión de vapor, esto esta dado por:
P0 - P / P0 = X2 donde
X2 = fracción molar del soluto en solución.
P0 = presión parcial del agua pura.
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Introducción: aspectos termodinámicos de la congelación
P = presión parcial del agua en solución.
Esto se conoce como Depresión delPunto de Congelación.
En una solución diluida la depresión del punto de congelación puede ser estimada a partir de L
y la fracción molar, ya que se comportan idealmente sólo en estas condiciones.
Los puntos de la curva de líquido describen cambios de comportamiento en el equilibrio del
sistema de fusión en función de la temperatura. En todos los puntos la presión parcial del
sistemacongelado debe ser igual a la del hielo a la misma temperatura, de forma que los
alimentos congelados a la misma temperatura presentan la misma actividad de agua.
- Efecto principal de añadir soluto sobre el contenido calorífico del sistema:
1.- Disminución de la temperatura de congelación.
2.- El calor latente asociado al cambio de fase (L) varia según la temperatura.
Para predecir lo queocurre: el contenido calorífico de la fase líquida es la suma del contenido
calorífico individual del/los solutos y la del agua (como si fueran puros, no se tienen en cuenta
las interacciones entre ambas). Los contenidos caloríficos no son función simple de la
temperatura pues el calor latente (L) es función de la temperatura que depende del hielo
formado ( esto se calcula empíricamente ).La congelación se describe con diagramas de fase.
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Introducción: aspectos termodinámicos de la congelación
En estos sistemas no se alcanza el todo de hielo porque hay factores cinéticos que influyen.
1.- Factores cinéticos de la transformación de agua en hielo:
1.1.- Nucleación. Se forman núcleos (semilla) para facilitar la reorganización del líquido como
estarían en estado...
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