¿Qué es la Energía Másica?
La energía másica de cambio de estado de una especie química es la energía calorífica intercambiada cuando un kilogramo de sustancia pura sufre un cambio de estado a la temperatura de cambio de estado.
La energía de cambio de estado de la masa está asociada a la fusión, la vaporización, la licuefacción y la solidificación:
La energía de la masa de fusión es la energía térmica que intercambia un kilogramo de sustancia pura durante la fusión, la energía de la masa de vaporización es la energía térmica que intercambia un kilogramo de sustancia pura durante la vaporización, etc.
La energía másica de cambio de estado se anota con la letra “L”.
Según el cambio de estado, se puede especificar como subíndice si se trata de una fusión, ebullición, solidificación o licuefacción:
- Lmelt o Lfus para la energía másica de fusión
- Lvaporización o Lvap para la energía másica de vaporización
- Lsolidificación o Lsol para la energía másica de solidificación
- Lliquefacción o Lliq para la energía másica de licuefacción
- La especie química a la que se refiere la energía másica de cambio de estado también puede indicarse entre paréntesis.
Por ejemplo, la energía másica de vaporización del agua se puede denotar como Lvaporización(H2O) o Lvaporización(agua)
Unidades
La unidad más común (y recomendada por el sistema internacional de unidades) es el Joule por kilogramo, símbolo J.kg-1.
Sin embargo, a veces también se expresa en
- kilojulio por kilogramo (kJ.kg-1)
- en kilojulios por gramo (kJ.g-1)
- en julios por gramo (J.g-1)
Signo de la energía másica de cambio de estado
La fusión y la vaporización son cambios de estado endotérmicos, se recibe energía térmica (Q) y se asocia con un signo positivo (Q>0). Por lo tanto, las energías de masa de fusión y vaporización también son positivas:
Lmelt > 0
Lvaporización > 0
La licuefacción y la solidificación son cambios de estado exotérmicos, se cede energía térmica y se asocia con un signo negativo (Q<0). Por lo tanto, las energías de licuefacción y solidificación de la masa también son negativas:
Lsolidificación < 0
Lliquefacción < 0
Calcular una energía de cambio de estado
La energía de cambio de estado puede expresarse mediante la siguiente fórmula:
Q = m x L
donde:
Q es la energía de cambio de estado (en Joule)
m es la masa del cuerpo puro que cambia de estado (en kilogramos)
L es la energía másica de cambio de estado del cuerpo puro (en julios por kilogramo)
Ejemplo
El hielo tiene una energía másica de fusión Lfus(agua) = 3,33.105 J.kg-1
Cuando se derriten 50 g de hielo (m = 50 g = 0,050 kg), la energía intercambiada es, por tanto, la siguiente
Q = m x Lfus(agua)
Q = 0,050 x 3,33,105
Q = 1,67.104 J
Cálculo de la energía de cambio de estado de la masa
Si conocemos la energía que se intercambia cuando una masa “m” de una sustancia pura cambia de estado, podemos determinar la energía másica de cambio de estado utilizando la relación
fórmula del calor de cambio de estado de la masa
donde:
Q es la energía de cambio de estado (en Joule)
m es la masa del cuerpo puro que cambia de estado (en kilogramos)
L es la energía másica de cambio de estado del cuerpo puro (en julios por kilogramo)
Calcular la masa de un cuerpo que ha sufrido un cambio de estado
Si conocemos la energía másica de cambio de estado de una sustancia pura y la energía que se intercambió durante un cambio de estado, entonces podemos determinar la masa de la sustancia pura que cambió de estado utilizando la relación
masa de la sustancia pura que cambia de estado
donde siempre lo hemos hecho:
Q es la energía de cambio de estado (en Joule)
m es la masa de la sustancia pura que cambia de estado (en kilogramos)
L es la energía másica de cambio de estado de la sustancia pura (en julios por kilogramo)