Calor necesario para convertir hielo en vapor

¿Qué calor se requiere para convertir 1 gramo de hielo a 10°C en vapor a 100°C?

Para calcular el calor requerido para convertir 1 gramo de hielo a 10°C en vapor a 100°C, debemos considerar varias etapas del proceso:

1. Calentar el hielo de -10°C a 0°C (si el hielo está a -10°C, de lo contrario, este paso se omite).
2. Fusión del hielo a agua a 0°C.
3. Calentar el agua de 0°C a 100°C.
4. Vaporización del agua a vapor a 100°C.

Vamos a calcular cada etapa:

1. Calor para calentar el hielo de -10°C a 0°C: [ Q_1 = m \cdot c_{hielo} \cdot \Delta T ] Donde:

   • ( m = 1 , \text{g} )
   • ( c_{hielo} \approx 2.09 , \text{J/g°C} )
   • ( \Delta T = 10°C - 0°C = 10°C )

   [ Q_1 = 1 , \text{g} \cdot 2.09 , \text{J/g°C} \cdot 10°C = 20.9 , \text{J} ]

2. Calor para la fusión del hielo a agua a 0°C: [ Q_2 = m \cdot L_f ] Donde:

   • ( L_f \approx 334 , \text{J/g} ) (calor de fusión)

   [ Q_2 = 1 , \text{g} \cdot 334 , \text{J/g} = 334 , \text{J} ]

3. Calor para calentar el agua de 0°C a 100°C: [ Q_3 = m \cdot c_{agua} \cdot \Delta T ] Donde:

   • ( c_{agua} \approx 4.18 , \text{J/g°C} )
   • ( \Delta T = 100°C - 0°C = 100°C )

   [ Q_3 = 1 , \text{g} \cdot 4.18 , \text{J/g°C} \cdot 100°C = 418 , \text{J} ]

4. Calor para la vaporización del agua a vapor a 100°C: [ Q_4 = m \cdot L_v ] Donde:

   • ( L_v \approx 2260 , \text{J/g} ) (calor de vaporización)

   [ Q_4 = 1 , \text{g} \cdot 2260 , \text{J/g} = 2260 , \text{J} ]

Finalmente, sumamos todos los calores:

[ Q_{total} = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 ] [ Q_{total} = 20.9 , \text{J} + 334 , \text{J} + 418 , \text{J} + 2260 , \text{J} = 3032.9 , \text{J} ]

Por lo tanto, se requiere aproximadamente 3032.9 J para convertir 1 gramo de hielo a 10°C en vapor a 100°C.