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UNIVERSIDAD VERACRUZANA

UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIA QUIMICAS XALAPA, VERACRUZ PROGRAMA EDUCATIVO

INGENIERIA QUIMICA EXPERIENCIA EDUCATIVA

LABORATORIO DE FISICOQUIMICA

PROFESOR

M.C. BERTHA. MA. ROCÍO HERNÁNDEZ SUÁREZ

PRACTICA # 10

CALOR LATENTE INTEGRANTES DEL EQUIPO:

ISMAEL CARVALLO GARCÍA DAVID CRIVELLI RODRIGUEZ GRACIELA VENEROSO VASQUEZ MARYLIN RONZÓN PRIETO

SECCION 1 EQUIPO 4 FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: 24 DE OCTUBRE DEL 2014 FECHA DE ENTREGA DE LA PRÁCTICA: 30 DE OCTUBRE DEL 2014

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INDICE SUSTENTO TEÓRICO .................................................................................................................... 3 OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 3 DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA ............................................................................................... 3 MATERIAL ......................................................................................................................................... 3 EQUIPO ............................................................................................................................................. 4 REACTIVOS...................................................................................................................................... 4 PROCEDIMIENTO ........................................................................................................................... 4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN....................................................................................................... 8 CONCLUSION .................................................................................................................................. 8 CUESTIONARIO .............................................................................................................................. 8 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................... 11 ARTÍCULOS REFERENTES. ....................................................................................................... 11

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SUSTENTO TEÓRICO En general cuando se transfiere calor a una sustancia, la temperatura de la sustancia aumenta al incrementarse la energía cinética media por molécula. Sin embargo, cuando el calor añadido (o extraído) sólo causa un cambio de fase, la temperatura de la sustancia no cambia. El calor latente es la cantidad de calor que absorbe o genera una unidad de masa de un material durante una variación de fase. Existe un calor latente de licuefacción (cuando el hielo se transforma en agua), un calor latente de evaporación (cuando el agua se convierte en vapor. (Wilson, 2003). En cada una de estas variaciones de fase se añade calor, mientras que en las variaciones inversas como la transformación de vapor en líquido, de líquido en solido o de vapor en sólido, se produce una eliminación o pérdida de calor. Durante un cambio de fase, el calor se invierte en romper enlaces y separar moléculas (acrecentando sus energías potenciales, más que cinéticas), no en aumentar las temperaturas. El calor latente tiene unidades de Joules sobre kilogramo (J/Kg) en el SI, o kilocalorías sobre kilogramo (Kcal/kg).

OBJETIVOS 

Determinar el calor latente de fusión del hielo, mediante la determinación de la capacidad térmica del calorímetro hecha en la práctica de Equivalencia Calor-Trabajo.

DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA En esta práctica se calculará la variación de la entalpia de fusión de hielo por medio de un frasco Dewar, en el cual se determinará la variación de la temperatura contra el tiempo al introducir hielo triturado en el interior del frasco Dewar que contiene agua a temperatura ambiente. Mediante un balance energético se determinará la cantidad de energía térmica absorbida por el hielo mientras se funde.

MATERIAL        

1 Frasco Dewar Probeta 250 ml Probeta 100 ml 1 vaso de precipitado de 600 ml 1 vaso de precipitado de 250 ml Cronometro Vidrio de reloj Termómetro

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EQUIPO   

Balanza Analítica Resistencia eléctrica Termómetro digital

REACTIVOS  

Agua destilada Hielo

PROCEDIMIENTO 1. Antes de realizar la práctica llevar a cabo una discusión grupal con el profesor acerca del concepto de calor latente.

2. Colocar en un frasco Dewar 100ml de agua. Registrar la temperatura cada 30 segundos durante 5 minutos (para alcanzar el equilibrio térmico). Tiempo

0seg

30seg

60seg

90seg

120seg

150seg

180seg

210seg

240seg

270seg

300seg

Temperatura

24°C

24°C

23°C

23°C

23°C

22°C

22°C

22°C

23°C

23°C

24°C

3. Por otro lado, colocar en el vaso de precipitados de 600ml, aproximadamente 400ml de agua y calentar a ebullición con la resistencia eléctrica. Temperatura de ebullición = 94°C 4. Transferir a una probeta 100ml del agua que está hirviendo, registrar su temperatura (en la probeta) y añadir al frasco Dewar al minuto 5. Temperatura en la probeta = 59°C

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5. Agitar la mezcla y continuar registrando la temperatura cada 30 segundos durante 5 minutos más. Tiempo

0seg

30seg

60seg

90seg

120seg

150seg

180seg

210seg

240seg

270seg

300seg

Temperatura

39°C

39.5°C

38°C

38°C

38°C

38°C

38°C

38°C

38°C

38°C

38°C

6. Con los datos obtenidos, trazar una gráfica de temperatura vs. Tiempo. Establecer un balance energético de acuerdo con la primera ley de la termodinámica, para determinar la constante del calorímetro. El balance energético queda de acuerdo a la siguiente expresión:

Datos: Mf = 100 ml =100g Mc = 100ml =100g Cagua = 1 cal/g°C ᶿc = 59°C ᶿf = 24°C ᶿeq = 38°C

(

)

(

)

K= 50 Cal/°C

Temperatura vs. Tiempo 350

Tiempo (seg)

300 250 200 150 100 50 0 39

39.5

38

38

38

38

38

Temperatura (°C)

38

38

38

38

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7. Colocar en un frasco Dewar 175ml de agua destilada y verificar que su temperatura sea aproximadamente 6°C superior a la temperatura ambiente. Tapar e iniciar el registro de temperatura cada 30 segundos durante 5 minutos (equilibrio térmico). Temperatura ambiente = 25°C Temperatura requerida = 32°C Tiempo

0seg

30seg

60seg

90seg

120seg

150seg

180seg

210seg

240seg

270seg

300seg

Temperatura

32°C

32°C

32°C

32°C

32°C

32°C

32°C

31°C

31°C

31°C

31°C

8. Tarar en la balanza un vidrio de reloj. Pesar aproximadamente 25g de hielo triturado que ha sido secado previamente con una servilleta de papel y colocarlo rápidamente en el frasco Dewar al minuto 5. Se pesaron 27g de hielo. 9. Agitar constantemente y registrar la temperatura cada 15 segundos hasta llegar a una temperatura mínima. Proseguir con las lecturas cada 30 segundos durante 5 minutos más. Tiempo cada segundos Temperatura

15 0seg 15seg 30seg 45seg 60seg 75seg 90seg 105seg 120seg 135seg 150seg

24°C

23°C

21°C

21°C

20°C

19°C

19°C

19°C

18°C

18°C

18°C

Tiempo cada 30 0seg 30seg 60seg 90seg 120seg 150seg 180seg 210seg 240seg 270seg 300seg segundos Temperatura

18°C

18°C

18°C

18°C

18°C

19°C

19°C

19°C

19°C

19°C

19°C

10. Con los datos obtenidos, trazar una gráfica de temperatura vs. tiempo. Establecer un balance energético para determinar la cantidad de energía térmica absorbida por el hielo mientras se fundía. ( ( (

) )

)(

(

) )

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Datos: m1 = 5g del vaso interior del calorímetro

(

)((

)(

)

(

)(

))

11. El valor del calor latente de fusión del agua reportado en la literatura es de 80 cal/g. calcular el % de error del valor obtenido experimentalmente con respecto al reportado.

¿Qué fuentes de error han intervenido en esta determinación?  Las pérdidas de calor al trasvasar los contenidos de un contenedor a otro. ¿Por qué es necesario secar el hielo con una toalla antes de añadirlo al agua?  Esto asegurará que los trozos de hielo se encuentran en el punto de fusión y que por lo tanto su temperatura es de cero grados Celsius. ¿Por qué es necesario que la temperatura inicial del agua sea superior a la temperatura ambiente al iniciar el experimento?  Para que exista una transferencia de calor cuantificable. ¿Cómo se podría mejorar la determinación?  Realizarlo en una cámara aislada, sin corrientes de viento y hacer los cambios de líquidos con mayor rapidez. Masa de agua aprox. 6°C más a la temperatura ambiente = 175g Masa de hielo = 27g

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN Resultados expresados en la práctica.

CONCLUSION En esta práctica, como conclusión se logró obtener el calor latente de la fusión del hielo se obtuvo con un error muy bajo, bastante similar al registrado en la literatura, se logró realizar la practica con bastante perfección puesto que las pérdidas son mínimas. El calor absorbido o cedido en un cambio de fase no se traduce en un cambio de temperatura, ya que la energía suministrada o extraída de la sustancia se emplea en cambiar el estado de agregación de la materia. Este calor se denomina calor latente. La cantidad de calor que absorbe o cede una cantidad m de sustancia para cambiar de fase viene dada por:

Este calor será positivo o negativo dependiendo del cambio de

fase que haya tenido lugar.

CUESTIONARIO 1. ¿por qué la energía térmica en un cambio de fase se expresa mediante ΔH? La entalpía (ΔH) es una propiedad termodinámica que cuantifica la energía térmicaintercambiada en una reacción cuando ésta se efectúa a presión constante, es decir: Qp = H final – H inicial =ΔH Dónde: • ΔH es el variación de entalpía en una reacción = ΔH productos – ΔH reactivos se expresa en kJoules/mol o en kcalorías/mol. • Qp es la energía térmica de una reacción efectuada a presión constante. Se expresa en kJoules/mol o en calorías/mol.

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2. Recuerda cómo se identifican los cambios de fase y colócalos sobre la flecha correspondiente visualizar, indicando si en la transición se cede o absorbe energía.

3. ¿En qué condiciones de presión y temperatura ocurre la transición de fase? En el momento que sean constantes.

4. Escribe la ecuación que representa la relación entre entalpia y calor y como se llega a esta.

5. Es posible mantener alimentos relativamente fríos sin utilizar un refrigerador, envolviéndolos con una toalla empapada en agua fría. ¿Por qué funciona este procedimiento? Si el agua en el que se moja la toalla está en un punto cercano a la solidificación, se debe a que el calor que llegue a absorber el agua no hará variar su temperatura porque el calor en ese punto es latente. 6. El hielo seco (anhídrido carbónico), el alcanfor y el yodo pasan directamente del estado sólido al gaseoso (se subliman). ¿Estos cuerpos absorben o ceden calor en dicho proceso? Lo absorben, ya que el estado gaseoso supone una mayor energía que el sólido, deben absorberlo para llegar a ser gaseosos. 7. Un trozo hielo de cero grados Celsius funde un vaso de vidrio. ¿Cuál es la temperatura de la mezcla de hielo-agua cuando el hielo esta (a) medio fundir (b) fundido en un 90%? a) 0 grados Celsius. b) 0 grados Celsius, se está produciendo un cambio de fase, no hay cambio de Temperatura.

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8. Una persona que usa lentes observa que se empañan cuando en un día frio pasa de una habitación caliente al exterior. ¿Por qué? Cuando hace frio hay partículas sólidas de agua suspendidas en el aire, cuando estas entran en contacto con los lentes que están a una temperatura caliente, como la del interior, cambian de estado en seguida y empañan los lentes. 9. Se coloca la misma cantidad de agua a 60 °C en 2 recipientes adiabáticos. Se añade un poco de hielo a uno de ellos e igual masa de agua a 0 °C al otro. ¿Cuál de las dos mezclas alcanzara menos temperatura? ¿Por qué? Al que se le agrego hielo, porque el hielo requiere energía para alcanzar el cambio de estado, más el calor latente que absorbe, más el aumento de temperatura cuando se llega al equilibrio, en cambio el agua ya liquida aumenta su temperatura directamente. 10. Una muestra de 15 cm3 de cierto líquido se calienta y la variación de la temperatura con respecto al tiempo se representa en la sig. Fig.

Si se calienta el doble de volumen (30 cm3) del mismo líquido. ¿Cuál de los siguientes gráficos se obtendrá?

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BIBLIOGRAFÍA     

Wilson, Jerry D. & Buffa, Anthony J. (2003) Física. Pearson Educación. México. Alvarenga B. y Máximo A. (1983) Física general. Harla. México. Efron A. El mundo del color. (1971) Bell Santander, Buenos Aires. Flores F. y Gallegos L. (2002) Física 3. Nuevo México, México. García Gómez C. Química general en cuestiones. Addison-Wesley Iberoamericana, México.

ARTÍCULOS REFERENTES. Artículo 1: ENFRIAMIENTO DE AGUA MEDIANTE EL USO DE AIRE LÍQUIDO  mailto:http://www.scielo.org.bo/scielo.php?pid=S156238232013000200004&script=sci_arttext

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