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UNIVERSIDAD DE COSTA RICA ESCUELA DE QUIMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL II QU0103 II Semestre, 2016

INFORME DE LABORATORIO Estudiante: Carné: Asistente:

Grupo:

Rubro a calificar

Puntos posibles

Introducción Validez de los conceptos Apoyo en bibliografía Redacción y ortografía Sección experimental

15 8 4 3 5

Discusión Presentación resultados Validez de explicaciones Veracidad de conceptos Apoyo en la bibliografía Redacción y ortografía Bibliografía Día de tardía (____ días) TOTAL

70 15 20 15 10 10 10 -20/día 100

Puntos obtenidos

Rúbrica de evaluación de reporte**

**Se recuerda al estudiante que a todo reporte que se encuentre en condición de plagio o que constituya una copia total o parcial del reporte de otro, se le asignará una nota de CERO.

Nota Tra. Lab.:_____ Fecha del Lab:____________

Cambios de estado Introducción En este experimento se tiene como tema los cambios de estado, el cual busca demostrar los distintos flujos de energía que suceden cuando estos cambios de estado se llevan a cabo, esto con demostraciones de cambios como sublimación, congelación, etc. uno de los objetivos primarios de la realización de este experimento es observar, entender y calcular por que suceden los cambios de estado y las características que presentan cada uno de ellos con el fin de tener una base experimental y no solo teórica sobre este tema. Pero para entender este experimento se deben entender conceptos básicos como que es el cabio de estado, y como son y qué características poseen los principales estados de la materia, con el fin de comprender mejor lo observado en el laboratorio. El cambio de estado o cambio de fase es la trasformación de una dase a otra, la cual se presenta cunado se agrega o se quita energía, en la mayoría de caso en forma de calor (Chang, 2013). Entra los principales cambios de estados que se estudian en este experimento se encuentran la solidificación, la cual corresponde al cambio de estado cuando una sustancia cambia de estado líquido a estado sólido, esto sucede ya que se pierde energía calórica, esto hace que en movimiento de sus partículas disminuya y se agrupen, reestructurándose y formando un cuerpo solido a partir de un líquido. También se encuentra la fusión la cual corresponde el proceso inverso a la solidificación, en la fusión un sólido se convierte en liquido debido a un aumento en su temperatura la cual hace que sus partículas se muevan más por lo que se empiezan a separar, hasta perder su estructura sólida y convertirse en un líquido. Otro cambio de estado presente es el de la sublimación la cual es el proceso que consiste en el cambio de estado de sólido al estado gaseoso sin pasar por el estado 1

líquido. Y su proceso inverso el cual es conocido como sublimación regresiva o inversa (deposición) Es el proceso inverso a la sublimación progresiva, es decir, el paso directo de gas a sólido.(Brown, 2009) Uno de los cambios de estado principales en este experimento es el de la evaporación, este consiste en el cambio de líquido a gaseoso, este sucede ya que al aumentarse la temperatura del líquido hasta su punto de ebullición sus moléculas aumentan su movimiento de tal forma que se separan y cambian de estado al gaseoso. En este experimento se trata principalmente de demostrar las características de los cambios de estado y todas las implicaciones y reacciones químicas que suceden cada vez que se realiza un cambio de este tipo, se busca demostrar la sublimación, observar los equilibrios entre los diferentes estados y realizar cálculos sobre calores de congelación de sustancia. En general el propósito de este experimento es demostrar los flujos energéticos involucrados en los cambios de estado de una sustancia, conocer las características de cada cambio de estado y el proceso energético ligado a estos cambios de estado, los cuales pueden ser endotérmicos o exotérmicos, además de saber diferencial el tipo de movimiento energético según el tipo de cambio que sea y aportar una base practica a los conceptos teóricos con el fin de mejorar la comprensión de este tema. En este apartado se debe ser de aproximadamente una página, debe hacer una breve introducción del tema, se comenta sobre el experimento que se hace, su utilidad y el concepto que ilustra (puede ayudarse de la bibliografía recomendada o buscar bibliografía adicional), en el último párrafo de este apartado debe citar el objetivo principal del experimento.

Sección experimental Sublimación y deposición: Esta parte inicia al darle un Erlenmeyer al asistente, este le coloca 3 o 4 cristales de yodo en el interior, posteriormente se le coloca un vidrio reloj encima y se coloca el Erlenmeyer sobre un cedazo con un mechero debajo encendido, después de calentar el Erlenmeyer se apaga el mechero y se coloca una pequeña cantidad de hielo y agua encima del vidrio. Efecto de la adición del calor a un líquido: Primero se le colocan 150 ml de hielo aun beaker, posteriormente se coloca un anillo en el soporte al cual se le coloca un cedazo de asbesto, después se coloca el beaker en el cedazo, debajo del cedazo se coloca un mechero y se enciende, después se calienta el agua hasta llegar a su ebullición y mientras esto suceda se toma la temperatura cada minuto hasta que la temperatura no varié en 5 mediciones consecutivas. Calor de congelación: Primeramente el asistente entrega un tubo de ensayo sellado con parafina adentro, segundo se coloca el tubo de ensayo dentro del beaker con agua caliente de la parte anterior del experimento, posteriormente en otro beaker se pesan 150 g de agua y se mide su temperatura, después se coloca en el beaker con agua a temperatura 2

ambiente el tubo de ensayo con la parafina liquida, hasta que esta se solidifique, una vez solidificada se toma otra vez la temperatura del agua. Luego se pesan otros 150 g de agua y el proceso se vuelve a realizar una vez más. Un cambio en el procedimiento de este experimento es que en la parte del efecto de la adición del calor a un líquido y en la parte de Calor de congelación se tenía que utilizar un Erlenmeyer pero en nuestro experimento utilizamos un beaker.

Resultados y Discusión Sublimación y deposición: Al calentar con el mechero el Erlenmeyer que posee el yodo adentro, este cambia de estado sólido a gaseoso, creando un vapor de color morado, este cambio de estado de solido a gas sin pasar por el estado líquido se conoce como sublimación, este proceso sucede porque al calentarse el yodo rápidamente este no pasa al estado líquido sino que se evapora de una vez, después de que el yodo se sublima, su vapor al entrar en contacto con el vidrio de reloj frio se solidifica inmediatamente, creando pequeños cristales a este proceso se le conoce como deposición y sucede cuando un gas pasa a estado sólido sin pasar por el estado gaseoso. El flujo de energía que sucede cuando el yodo se sublima hace que esta reacción sea endotérmica ya que ocupa que se le aplique energía para que suceda en este caso calor del mechero, por otra parte el proceso se deposición representa un proceso exotérmico ya que libera calor al medio que lo rodea, al hacer esto su temperatura disminuye y cambia de ser gas a sólido. Efecto de la adición del calor a un líquido: Durante esta parte del experimento se tiene que medir la temperatura del agua cada minuto mientras está siendo calentada en un beaker, estos resultados de las mediciones se grafican de la siguiente manera para lograr un mejor entendimiento de los procesos que están sucediendo:

3

100

87

90

81

80

69

70

54

60 TEMPERatura (0C)

50

60

40

40

28

30 20 104 0

93 95 95 95 95 95

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8

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9

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TIEMPO TRANSCURRIDO (MIN)

Grafica 1: temperatura vs tiempo transcurrido. Como se observa la gráfica, el agua a mayor cantidad de tiempo continuo que se exponía al calor de la llama, mayor iba a ser su temperatura registrada, y por lo tanto mayor seria la energía cinética presente en sus moléculas. El comportamiento general de la gráfica es ascendente durante los primeros 13 minutos; sin embargo, al alcanzar una temperatura de 95 grados Celsius, inclusive si el tiempo trascurría, no incrementaba la temperatura. Esta temperatura se registró una vez que el agua comenzaba a hervir. Cuando se afirma que el agua hierve, en realidad se está experimentando un cambio de estado conocido como evaporación. La vaporización en el tránsito del estado líquido al gaseoso por el aumento en su temperatura. (Brown, 2009) El fenómeno que sucede cuando la temperatura se mantiene constante inclusive cuando se le sigue aplicando calor por 5 minutos se conoce como líquido y vapor en equilibrio, aquí el calor absorbido se usa para romper las moléculas en la fase liquida, por lo que la temperatura permanece constante, hasta que esta transición halla legado a su fin.(Chang, 2013) Calor de congelación: Durante esta parte del experimento se observaron varios cambios de estado en la parafina, el primer cambio de estado que se observo fue la fusión de la parafina, ya que la parafina al principio se encuentra sólida en el tubo de ensayo cerrado y al ser colocada en el beaker con agua caliente se derrite, evidenciando el cambio de estado llamado fusión. Esto sucede ya que al colocar la parafina en el agua caliente, el calor del agua se transmite a la parafina, aumentando su temperatura, la cual aumenta a su vez el movimiento de sus partículas, esto hace que pase de ser solido a líquido. además de este cambio la parafina al estar liquida se vuelve a introducir a un beaker pero esta ocasión a otro beaker, ahora a uno con agua a temperatura ambiente, al hacer esto la parafina se solidifica ya que trasmite su calor a el agua, disminuyendo el movimiento de sus partículas por lo que se solidifica.

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Otro objetivo de esta parte del experimento es obtener el delta h de congelación de la parafina para el cual se ocupan obtener datos tales como la masa del agua el calor especifico del agua y las mediciones de las temperaturas del agua a temperatura ambiente, todos estos datos se encuentran recopilados en le siguiente cuadro. Cuadro I: datos para la obtención del Δ Masa de parafina(g) 10.07 o Temperatura inicial( C) 22 Temperatura final (oC) 24 Masa del agua (g) 149.35 Calor especifico del agua 4.18 J/goC La fórmula para la obtención del

Hcongelación

de la parafina. 10.07 19 21 148.39 4.18 J/goC

Δ Hcongelación de la parafina es:

Δ Hcongelación= -calor agua/ masa de la parafina

Para obtener el calor del agua se tiene que utilizar la fórmula: calor= masaagua∗Cespecificoagua∗(Tfinal agua−Tinicial agua) calor= 149.35g*4.18 J/goC*(24oC– 22oC) calor= 1248.57 J Esta parte del experimento se realiza 2 veces por lo que este cálculo va a tener 2 resultados diferentes según las mediciones obtenidas en cada repetición: calor= masaagua∗Cespecificoagua∗(Tfinal agua−Tinicial agua) calor= 148.39g*4.18 J/goC*(21oC– 19oC) calor= 1240.54 J

Ya con el calor del agua obtenido se puede calcular el

Δ Hcongelación de la parafina:

Δ Hcongelación 1= -1248.57 J/ 10.07g Δ Hcongelación 1= -123.98 Δ Hcongelación 2= -1240.54 J/ 10.07g Δ Hcongelación 2= -123.19 El signo opuesto del calor del agua al de la parafina se debe a que el calor de congelación es el estado inverso a la fusión, esto significa que el calor de congelación libera energía, debido a esto es un proceso exotérmico y estos procesos tienen valores negativos. En cambio el calor del agua es un proceso endotérmico, por que gana energía. Una posible fuente de error en este experimento es que el beaker estaba simulando un calorímetro y al ser el calorímetro un recipiente cerrado y el beaker un instrumento abierto, se escapa calor por lo que se ven afectados los resultados, sin

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embargo la energía que se pierde no es mucha por lo que el resultado no va a tener un porcentaje de error alto. La realización de este experimente fue muy provechosa ya que permitió la realización de diferentes procesos los cuales contribuyen a un mejor entendimiento de los procesos químicos involucrados en situaciones de la vida cotidiana, se elaboró la medición del calor de congelación de una sustancia en el caso del beaker que simulaba ser un calorímetro, aunque no es tan preciso puede funcionar si se les da un buen uso y en un lugar con las condiciones óptimas. Se observó además, las diferentes maneras de trabajar para que ocurra un cambio de estado y los estados inversos, aparte de aprender a calcular los diferentes calores de estos cambios. Bibliografía   

Brown, T.L; Lemay, Jr. H.E;Bursten, B.E;Murphy, C.J. Química. La Ciencia Central. Decimoprimera Edición. PEARSON EDUCACION: México, 2009, pp- 449-450. Chang, R; Goldsby, K.A: Química: Undécima Edición: McGRAW-Hill/INTERAMERICANA EDITORES S.A. DE C.V: México DF, 2013, pp- 233-246-495-501-503-504. Profesor en línea. http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Calor Cantidad.html. (accesado setiembre 9, 2016 a las 11:54 a.m). Cantidad de calor. Querelle y Cia Ltda: Santiago, Chile, 2015.

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