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• Sara Hernandez

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Informe de laboratorio, curvas de calentamiento y enfriamiento. Mayo/2017

CURVAS DE CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO a a a a Resumen En esta práctica se realizó la curva de la temperatura a la cual la materia va de un estado a otro. Utilizando un trozo de hielo el cual se expuso a una fuente de calor, se observó cómo se convirtió en liquido (fusión) y continuo en la fuente de calor hasta llegar a su punto de ebullición. De esta primera parte se puede apreciar el calor absorbido o gastado por la sustancia. En la segunda parte se procedió a enfriar agua destilada y alcohol etílico tomando las sustancias en su punto de ebullición y después de que bajaran alrededor de los 35ºC se pusieron en una mezcla frigorífica de hielo+sal. De esta parte se obtuvo el calor cedido por las sustancias. Palabras clave: fusión, evaporación, cambio de estado, solido, liquido, vapor, mezcla frigorífica.

1.

Datos y Cálculos 1.1. Curva de calentamiento agua.

Ecuación. 1. Entre t1 y t2 𝑄2 = 𝑚 𝐿𝑠

Este proceso inicio en el estado de transición solido ↔ líquido donde se alcanzó la Temperatura de fusión, luego se incrementó la temperatura hasta llegar a la temperatura de ebullición donde encontramos el estado de transición liquido ↔ vapor, como se muestra en la gráfica 1.



Donde Q es el calor por etapa, m es la masa en g y Ls es el Calor latente de fusión en calorías/g.

Remplazamos:

Tf = 2,1

ºs º

100 80 60 40 20 0

Te = 86,1 ºC

tiempo

𝑐𝑎𝑙 𝑔

) = 51.8 × 102 𝑐𝑎𝑙

Ecuación 2. Entre t2 y t3 𝑄3 = 𝑚 𝐶𝑒𝑙 (𝑇𝑒 − 𝑇𝑓 ) 

0 240 480 720 960 1200 1440 1680 1920 2160 2400 2640 2880 3120

Temperatura ºc

Curva de calentamiento del agua.

𝑄2 = (65.04 𝑔) (79.7

Donde Q es el calor por etapa, m es la masa en gr, Cel es el Calor Específico de la sustancia líquida en calorías /g ºC, Ls Tf Temperatura de fusión en ºC, y Te Temperatura de ebullición en ºC.

Remplazamos: 𝑐𝑎𝑙 ) (86.1º𝐶 − 2.1º𝐶) 𝑔 º𝐶 = 2.6 × 103 𝑐𝑎𝑙

𝑄3 = (30.55 𝑔) (1 Grafica 1. Curva de calentamiento del agua. (a) Para calcular el calor total gastado en el proceso, primero se calcula el calor gastado en cada etapa y luego se suma. Se calcula el calor para las etapas realizadas en la práctica, así:

Entonces para calcular el calor total gastado se tiene. Ecuación. 3. 𝑄𝑡 = 𝑄2 + 𝑄3 Remplazamos:

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Informe de laboratorio, curvas de calentamiento y enfriamiento. Mayo/2017

Te = 70.0 ºC

80 70 60 50 40 30 20 10 0

Tf = -0.3 ºC

Tiempo (seg)

1215

1140

990

915

840

765

1065

Te = 69.5 ºC

690

615

540

450

300

0

Tf = 6,5 ºC

150

Temperatura ºC

Este proceso inicio en la Temperatura de ebullición, se continuó bajando la temperatura hasta que esta se estabilizo. Los datos de este procedimiento se encuentran representados en la gráfica 2.

0 150 300 450 600 750 900 1050 1125 1200 1275 1350 1425 1500 1575 1650 1725

1.2. Curva de enfriamiento agua

80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10

Temperatura º C

𝑄𝑡 = 51.8 × 102 𝑐𝑎𝑙 + 2.6 × 103 𝑐𝑎𝑙 = 7.8 × 103 𝑐𝑎𝑙

Grafica 3. Curva de enfriamiento en el etanol. (c) Para calcular el calor cedido durante el lapso entre t2 y t3 donde se bajó su temperatura desde el punto de ebullición hasta el punto de fusión se utiliza la ecuación 2.

Tiempo (seg) Remplazamos. Grafica 2. Curva de enfriamiento en el agua.

(b) Para calcular el calor cedido durante el lapso entre t2 y t3 donde se bajó su temperatura desde el punto de ebullición hasta el punto de fusión se utiliza la ecuación 2. Remplazamos. 𝑐𝑎𝑙 ) (69.5º𝐶 − 6.5º𝐶) 𝑔 º𝐶 = 1.3 × 103 𝑐𝑎𝑙

𝑄3 = ( 21.37𝑔) (1

1.3. Curva de enfriamiento alcohol etílico (etanol) Este proceso inicio en la Temperatura de ebullición, se continuó bajando la temperatura hasta que esta se estabilizo. Los datos de este procedimiento se encuentran representados en la gráfica 3.

cal ) (70.0º𝐶 − (−0.3)º𝐶) gºC = 1.3 × 103 𝑐𝑎𝑙

𝑄3 = ( 8.05𝑔) (0.60

2.

Resultados y discusión.

Según lo teórico las gráficas deben mostrar un equilibrio en cada cambio de fase. Pero teniendo en cuenta los datos hallados en la experimentación existen ciertas diferencias al marco teórico que pueden ser debidas al error humano, mal uso del equipo para medir la temperatura o las condiciones del experimento, tales como la constante variación en la temperatura de la plancha usada para calentar las sustancias y el hielo en estado de fusión. Respuesta de las preguntas 1.

¿Qué se entiende por calor específico?

La emisión o absorción de calor hace que los objetos cambien de temperatura. El cambio de temperatura que un objeto experimenta cuando absorbe cierta cantidad de energía está determinado por su capacidad calorífica. La capacidad calorífica de un objeto es la cantidad de calor necesaria para elevar su temperatura en 1ºC. Cuanto mayor es la capacidad calorífica de un cuerpo, más calor se necesita para producir una elevación de temperatura dada.2 En el caso de sustancias puras, la capacidad calorífica suele darse para cierta cantidad de la sustancia. La

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capacidad calorífica de 1 mol de una sustancia se denomina capacidad calorífica molar. La capacidad calorífica de 1 g de una sustancia es su capacidad calorífica específica, o simplemente su calor específico. Por lo tanto, el calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que se necesita para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de la sustancia. El calor específico es una propiedad intensiva, mientras que la capacidad calorífica es una propiedad extensiva.3

2.

¿Qué se entiende por calor latente?

Cuando se inicia un cambio de estado en una sustancia pura la temperatura se paraliza hasta que el cambio de estado se completa, y todo el calor invertido exclusivamente en vencer las fuerzas intermoleculares se denomina calor latente de cambio de estado, característico de cada sustancia y cada cambio de estado particular, y que presenta un valor idéntico en ambos sentidos. 3.

Realice las curvas de calentamiento y enfriamiento del agua y el etanol.

La respuesta a esta pregunta se encuentra en la sección 1 datos y cálculos. 5.

6.

Determine en las curvas, las temperaturas de fusión y ebullición del agua y el etanol.

¿Qué se entiende por calor?

El calor es una forma de energía denominada energía térmica. La energía térmica es la energía cinética promedio de las moléculas de un cuerpo. Por lo tanto se define calor como la energía cinética molecular total que se transfiere de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Entre mayor sea la vibración o movimiento de las moléculas habrá más energía térmica, y mientras mayor sea esta dentro determinado cuerpo o determinada sustancia, tendrá mayor temperatura. Cuando el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo.1 4.

congelación de una sustancia, es la temperatura a la que la fuerza de atracción entre sus moléculas se vuelve lo suficientemente fuerte como para superar la energía de movimiento que sus moléculas tienen cuando la sustancia está en su estado líquido. Un factor que influye en este punto de congelación es la fuerza de atracción entre las moléculas, una sustancia cuyas moléculas están muy atraídas entre si se congela a una temperatura mayor que una sustancia cuyas moléculas son menos atraídas entre sí. Las moléculas de agua se atraen más las unas a las otras en comparación con las del etanol, debido a que en su estructura molecular presentan puentes de hidrogeno, lo cual se traduce en fuerzas de atracción intermoleculares muy fuertes, mientras que las del etanol presentan fuerzas intermoleculares menos fuertes por su estructura molecular. Por lo tanto, la temperatura para congelar etanol tiene que ser más baja que la necesaria para hacer lo mismo con el agua.3

La respuesta a esta pregunta se encuentra en la sección 1 datos y cálculos. 7.

Determine la cantidad de calor absorbido por el agua en la parte I. Asuma que la diferencia en las masas de agua inicial y final se debe exclusivamente al proceso de vaporización en el punto de ebullición.

La respuesta a esta pregunta se encuentra en el paréntesis a de la sección 1.1 de datos y cálculos. 8.

Determine la cantidad de calor cedida por el agua en la parte II. Asuma que no hubo pérdidas de líquido por vaporización durante todo el proceso.

La respuesta a esta pregunta se encuentra en el paréntesis b de la sección 1.2 de datos y cálculos.

Explique la diferencia de los puntos de congelamiento del agua y del etanol.

Una sustancia se congela cuando sus moléculas se convierten en una matriz fija como un sólido. El punto de

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Repita los mismos cálculos para el alcohol etílico. Asuma que no hubo pérdidas de líquido por vaporización durante todo el proceso.

Libro (2) Brown, T.; LeMay, H.; Bursten, B.; Murphy, C.; Woodward, P.; Stoltzfus, M. Chemistry; 1st ed.; p. 169.

Los cálculos que determinan el calor cedido por el alcohol etílico se encuentran en la sección 1.3.

Libro (3) Chang, R.; Overby, J. General chemistry; 1st ed.; McGraw-Hill: New York, NY, 2011; p. 240.

9.

Para determinar el calor total gastado en el proceso se utilizan las ecuaciones 1, 2 y 3. 𝑄2 = (8.05𝑔) (26,05

cal ) = 208 𝑐𝑎𝑙 g

cal ) (70.0º𝐶 − (−0.3)º𝐶) gºC = 1.3 × 103 𝑐𝑎𝑙 𝑄𝑡 = 208 𝑐𝑎𝑙 + 1.3 × 103 𝑐𝑎𝑙 = 1.51 × 103 𝑐𝑎𝑙 𝑄3 = (8.05𝑔) (0.60

10. Consulte el calor de fusión, el calor específico y el calor de vaporización del alcohol etílico. Calor de fusión: 26,05 cal/g Calor específico: 0.60

cal gºC

Calor de vaporización: 200,60 Cal/g Conclusiones 1. El punto de ebullición teórico del agua es a 100ºc, por el contrario gracias a la experimentación se noto que en Cali su punto de ebullición es de 87.7ºc. 2. El punto de ebullición de una sustancia está definido en medida por la presión, por lo cual se puede concluir que a mayor temperatura este no varía. La energía extra solo acelera el proceso de vaporización. 3. Referente a los puntos de fusión, este cumple con las mismas características del punto anterior. A mayor temperatura se acelerará el proceso de fusión. Referencias Página web (1) TEMPERATURA, C. CALOR Y TEMPERATURA http://profeluisfisicoquimica.blogspot.com.co/2011/07/ca lor-y-temperatura.html (accessed May 12, 2017)

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