informe 2 de quimica ii

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMM

INTRODUCCIÓN

El calor latente de una sustancia se define como la energía calorífica necesaria para que cierta masa de esa sustancia cambie de estado [1]. Si la sustancia se encuentra inicialmente en estado sólido y pasa a líquido, se hablaría de calor latente de fusión (Lf), en el caso de pasar de líquido a gas se trataría de calor latente de vaporización, y para la transición de sólido a gas se tendría el calor latente de sublimación. El cambio de estado de una sustancia no supone ningún cambio de temperatura. Por ejemplo, a presión atmosférica, se puede calentar agua líquida hasta los 100ºC. Una vez alcanzada esta temperatura, si se sigue suministrando calor éste será invertido en el cambio de estado de la sustancia, que ocurrirá a temperatura constante. En otras palabras, se pasará de agua líquida a 100ºC a vapor de agua a 100ºC.

En el presente informe está orientado a transmitir al lector un mayor conocimiento acerca del calor latente de fusión y vaporización, además de analizar y determinar a través de los datos experimentales la capacidad calorífica de un calorímetro, el calor latente de fusión del hielo y el calor latente de vaporización del agua.

Laboratorio de Química II N°2 Página 1



OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar el calor latente de fusión del hielo y el calor latente de

vaporización del agua, cuyos valores son de 80cal/g y 540cal/g.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar experimentalmente la capacidad calorífica de un calorímetro.

Calcular a partir de los datos experimentales recolectados en el laboratorio el

volumen de una masa de vapor.

Utilizar las leyes de la termodinámica para calcular la temperatura de

equilibrio del sistema formado por hielo y agua.

FUNDAMENTO TEÓRICO



Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMMCALORIMETRÍA

La calorimetría mide el calor en una reacción química o un cambio de estado usando un instrumento llamado calorímetro. Pero también se puede emplear un modo indirecto calculando el calor que los organismos vivos producen a partir de la producción de dióxido de carbono y de nitrógeno (urea en organismos terrestres), y del consumo de oxígeno.

ΔU = cambio de energía interna

Como la presión no se mantiene constante, el calor medido no representa el cambio de entalpía.

A Presión constante

El calor medido es igual al cambio en la energía interna del sistema menos el trabajo realizado:

TEMPERATURA.

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica.

Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor.En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también).

TEMPERATURA DE FUSIÓN



Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMMLa temperatura de fusión es la temperatura a la cual se encuentra el equilibrio de fases

sólido-líquido, es decir la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se funde. Cabe destacar que el cambio de fase ocurre a temperatura constante. El punto de fusión es una propiedad intensiva.En la mayoría de las sustancias, el punto de fusión y de congelación, son iguales. Pero esto no siempre es así: por ejemplo, el agar-agar se funde a 85 °C y se solidifica a partir de los 31 a 40 °C; este proceso se conoce como histéresis.A diferencia del punto de ebullición, el punto de fusión de una sustancia es poco afectado por la presión y, por lo tanto, puede ser utilizado para caracterizar compuestos orgánicos y para comprobar su pureza.El punto de fusión de una sustancia pura es siempre más alto y tiene una gama más pequeña de variación que el punto de fusión de una sustancia impura. Cuanto más impura sea, más bajo es el punto de fusión y más amplia es la gama de variación. Eventualmente, se alcanza un punto de fusión mínimo. El cociente de la mezcla que da lugar al punto de fusión posible más bajo se conoce como el punto eutéctico, perteneciente a cada átomo de temperatura de la sustancia a la cual se someta a fusión.

Veamos cómo es el caso del agua. El punto de fusión del H2O es 0 grados. De este modo, cuando el agua se encuentra a una temperatura inferior, está en estado sólido. Entre los 0 y los 99 grados, se halla en estado líquido. Debido a que su punto de ebullición es 100 grados, a partir de dicha temperatura pasa al estado gaseoso.

TEMPERATURA DE VAPORIZACIÓN

La definición formal de punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del medio en el que se encuentra.1 Coloquialmente, se dice que es la temperatura a la cual la materia cambia del estado líquido al estado gaseoso.La temperatura de una sustancia o cuerpo depende de la energía cinética media de las moléculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar. Este incremento de energía constituye un intercambio de calor que da lugar al aumento de la entropía del sistema.El punto de ebullición depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces.El punto de ebullición no puede elevarse en forma indefinida. Conforme se aumenta la presión, la densidad de la fase gaseosa aumenta hasta que, finalmente, se vuelve indistinguible de la fase



Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMMlíquida con la que está en equilibrio; ésta es la temperatura crítica, por encima de la cual no

existe una fase líquida clara.

EL CALOR (Q)

Es la energía transferida de un sistema a otro (o de un sistema a sus alrededores) debido en general a una diferencia de temperatura entre ellos. El calor que absorbe o cede un sistema termodinámico depende normalmente del tipo de transformación que ha experimentado dicho sistema.Dos o más cuerpos en contacto que se encuentran a distinta temperatura alcanzan, pasado un tiempo, el equilibrio térmico (misma temperatura). Este hecho se conoce como Principio Cero de la Termodinámica.

Un aspecto del calor que conviene resaltar es que los cuerpos no almacenan calor sino energía interna. El calor es por tanto la transferencia de parte de dicha energía interna de un sistema a otro, con la condición de que ambos estén a diferente temperatura. Sus unidades en el Sistema Internacional son los Joules (J)

La expresión que relaciona la cantidad de calor que intercambia una masa m de una cierta sustancia con la variación de temperatura Δt que experimenta es:

donde c es el calor específico de la sustancia.

Calor Específico:

El calor específico (o capacidad calorífica específica) es la energía necesaria para elevar en un 1 grado la temperatura de 1 kg de masa. Sus unidades en el Sistema Internacional son J/kg K.

En general, el calor específico de una sustancia depende de la temperatura. Sin embargo, como esta dependencia no es muy grande, suele tratarse como una constante. En esta tabla se muestra el calor específico de los distintos elementos de la tabla periódica y en esta otra el calor específico de diferentes sustancias.

Capacidad Calorífica Molar



Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMMCuando se trabaja con gases es bastante habitual expresar la cantidad de sustancia en

términos del número de moles n. En este caso, el calor específico se denomina capacidad calorífica molar C. El calor intercambiado viene entonces dado por:

En el Sistema Internacional, las unidades de la capacidad calorífica molar son J/molK. Criterio de signos: A lo largo de estas páginas, el calor absorbido por un cuerpo será

positivo y el calor cedido negativo.

CALOR LATENTE

El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura.

Por el contrario, el calor que se aplica cuando la sustancia no cambia de fase y aumenta la temperatura, se llama calor sensible.Cuando se aplica calor a un trozo de hielo, va subiendo su temperatura hasta que llega a 0 °C (temperatura de cambio de estado); a partir de ese momento, aunque se le siga aplicando calor, la temperatura no cambiará hasta que se haya fundido del todo. Esto se debe a que el calor se emplea en la fusión del hielo. Una vez fundido el hielo la temperatura volverá a subir hasta llegar a 100 °C; desde ese momento, la temperatura se mantendrá estable hasta que se evapore toda el agua.

Se calcula mediante L=Qm

Por ejemplo, para que el agua cambie de sólido (hielo) a líquido, a 0ºC se necesitan 334·103 J/kg. Para que cambie de líquido a vapor a 100 ºC se precisan 2260·103 J/kg.

Algunos Calores Latentes de Fusión

Sustancia T fusión ºC Lf ·103 (J/kg)Hielo (agua) 0 334Alcohol etílico -114 105



Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMMBenceno 5.5 127Aluminio 658.7 322-394Hierro 1530 293Cobre 1083 214Mercurio -38.9 11.73Plomo 327.3 22.5Potasio 64 60.8

Algunos Calores Latentes de Vaporización

Sustancia T ebullición ºC Lv ·103 (J/kg)

Hielo (agua) 100 2260Alcohol etílico 78.3 846

Benceno 80.2 396Aluminio 2300 9220

Hierro 3050 6300Cobre 2360 5410

Mercurio 356.7 285Plomo 1750 880Potasio 760 2080

CAMBIOS DE ESTADO

Los cambios de estado se pueden explicar de forma cualitativa del siguiente modo:

En un sólido los átomos y moléculas ocupan las posiciones fijas de los nudos de una red cristalina. Un sólido tiene en ausencia de fuerzas externas un volumen fijo y una forma determinada.

Los átomos y moléculas vibran, alrededor de sus posiciones de equilibrio estable, cada vez con mayor amplitud a medida que se incrementa la temperatura. Llega un momento en el que vencen a las fuerzas de atracción que mantienen a los átomos en sus posiciones fijas y el sólido se convierte en líquido. Los átomos y moléculas siguen unidos por las fuerzas de atracción, pero pueden moverse unos respecto de los otros, lo que hace que los líquidos se adapten al recipiente que los contiene pero mantengan un volumen constante.

Cuando se incrementa aún más la temperatura, se vencen las fuerzas de atracción que mantienen unidos a los átomos y moléculas en el líquido. Las moléculas están alejadas unas de las otras, se pueden mover por todo el recipiente que las contiene y solamente interaccionan cuando están



Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMMmuy próximas entre sí, en el momento en el que chocan. Un gas adopta la forma del

recipiente que lo contiene y tiende a ocupar todo el volumen disponible.

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

Un sistema termodinámico puede intercambiar energía con su entorno en forma de trabajo y de calor, y acumula energía en forma de energía interna. La relación entre estas tres magnitudes viene dada por el principio de conservación de la energía.

Para establecer el principio de conservación de la energía retomamos la ecuación estudiada en la página dedicada al estudio de sistemas de partículas que relaciona el trabajo de las fuerzas externas (Wext) y la variación de energía propia (ΔU):

Nombramos igual a la energía propia que a la energía interna porque coinciden, ya que no estamos considerando la traslación del centro de masas del sistema (energía cinética orbital).Por otra parte, el trabajo de las fuerzas externas es el mismo que el realizado por el gas pero cambiado de signo: si el gas se expande realiza un trabajo (W) positivo, en contra de las fuerzas externas, que realizan un trabajo negativo; y a la inversa en el caso de una compresión. Además, ahora tenemos otra forma de suministrar energía a un sistema que es en forma de calor (Q).

Luego la expresión final queda:

Este enunciado del principio de conservación de la energía aplicado a sistemas termodinámicos se conoce como Primer Principio de la Termodinámica.

PARTE EXPERIMENTALEQUIPOS Y MATERIALES:




Mechero Bunsen Vaso de Precipitado Probeta

Escobilla para lavar tubos de ensayo Pinzas para tubos de ensayo

Pizeta con agua destilada Termómetro Calorímetro

EXPERIMENTO 1: DETERMINACIÓN DEL CALOR LATENTE DE FUSIÓN

I. OBJETIVO



Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMMEl objetivo de este experimente es determinar el calor latente de fusión del hielo, cuyo

valor es de 80cal/g. Para lograr la precisión requerida en las medidas calorimétricas se necesita un equipo excelente, un gran cuidado, mucha experiencia y la corrección de un gran número de errores sistemáticos. Por ello, estas determinaciones han de constituir una buena medida del grado de aproximación que el experimentador ha llegado a conseguir en sus medidas calorimétricas.

II. PRINCIPIO

A la presión de una atmósfera (760torr) el agua puede estar en estado líquido o bien cristalizada en forma de hielo. Si al hielo se le agrega energía en forma de calor, dicha energía se gasta, en primer lugar, en elevar la temperatura del mismo hasta 0°C, si es que no estaba inicialmente a esta temperatura.

Si la masa de hielo está a 0°C, la energía calorífica suministrada se sigue consumiendo en realizar un trabajo: el desmoronamiento del edificio cristalino licuándose.

Mientras existen “enlaces cristalinos” que romper, el calor se sigue gastando en ese trabajo de licuación; solamente cuando todo el sólido (hielo) ha pasado a ser agua líquida, la energía calorífica comienza a elevar la temperatura del líquido. Se denomina calor latente de fusión (L), a las calorías necesarias para fundir un gramo (1g) de una sustancia a la temperatura del punto de fusión.

El calor latente de fusión del hielo es 80cal/g, lo que significa que han de gastarse 80cal de energía para pasar 1g de hielo a 0°C. De donde resulta que, el calor (Q) necesario para fundir una masa “m” de hielo a 0°C está dado por:

Q=m. L ( cal )

Material:

a) Calorímetro de 250ml con accesorios: agitador, tapa y termómetro.b) Probeta de 100mlc) Termómetro de escala alta (0-100°C)d) Vaso de 100mle) Un poco de papel de filtrof) Hielo en trozos (aproximadamente 40g)

III. PARTE EXPERIMENTAL

Antes de iniciar la determinación del calor latente de fusión del hielo, determine la capacidad calorífica del calorímetro, de acuerdo al procedimiento explicado en la Práctica N°1 y use el valor de dicha constante del calorímetro (C) en sus cálculos correspondientes:



Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMM1. Asegúrese de que el hielo en trozos está en 0°C. Para

ello ponga sobre un papel de filtro doblado previamente tres o cuatro veces, unos trozos de hielo; si estos empapan el papel, es señal de fusión, lo que asegura la temperatura de 0°C.

2. Prepare el calorímetro con 50ml de agua (1ml de H2O = 1g de H2O) ligeramente tibia (40°C-50°C). La cantidad de agua debe medirse cuidadosamente con la probeta.NOTA: Desde el principio hasta el final del experimento, es necesario agitar constantemente con movimientos suaves y completos, puesto que la temperatura debe ser la misma, en todo el calorímetro. Hay que agitar sin mucha violencia para evitar que cantidades indebidas de energía mecánica se convierta en calor.

3. Observe y anote la temperatura del calorímetro (t 1).4. Ponga en el calorímetro algunos trozos de hielo (una masa aproximadamente de 30 a 40

gramos de hielo es adecuada).5. Tape el calorímetro, dejando dentro del mismo el

agitador y el termómetro.6. Mueva con el agitador suavemente, hasta que todo el

hielo haya fundido.7. Observe atentamente la temperatura final del equilibrio

y anote (t ¿¿1)¿. 8. Mida el volumen total contenido en el calorímetro,

deduciendo de dicho valor los 50ml de agua iniciales que se pusieron, se obtendrá la masa de hielo fundido.NOTA: Es conveniente realizar como mínimo dos ensayos de esta determinación)

Cálculo de la Capacidad Calorífica del Calorímetro: 32.5 cal/g

Q 1+Q2+Q 3=0

(50 g ) . 1calg ºC

. (54 ºC−26 ºC )+(55 g ) . 1calg º C

. (54 ºC−96 ºC )+CCC (54 ºC−26ºC )=0

CC=32.5cal/ºC

ENSAYO N°1 Datos:

Equivalente en agua del calorímetro (C) : 32.5g Masa inicial de agua en el calorímetro (m1) : 50g Masa total de agua contenida en el calorímetro (mf ) : 82g Temperatura inicial del agua del calorímetro (t 1) : 47°C



Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMM Temperatura final de equilibrio (t f ¿ : 12°C

Masa de hielo fundido (m2=mf−m1¿ : 32g

Cálculos:

Calor ganado por la masa m2 de hielo (Q g=Q1+Q2): (32L+384)cal Calor de fusión del hielo (Q1=m2 . L) : (32L)cal Calor para elevar la temperatura de 0°C a t f : 384cal

(Q2=m2 .Ce .(t f−0 ° C))

Pero: Ce=1 cal/g °C, entonces: Q g=m2. L+m2 . t f

Calor perdido por el agua en calorímetro + calor perdido por el calorímetro

Q p=(m1+C ) (t1−t f )

Luego:

L=(m1+C ) (t 1−t f )−m2 . t f

m2

L= (50+32.5 ) (47−12 )−32 (12 )32

L=78.23cal /g

Los valores obtenidos para el calor latente de fusión (L), en los dos ensayos han de ser bastantes próximos; de no ser así, tendría que hacer una tercera determinación y tomar los dos valores más cercanos de los conseguidos.

ENSAYO N°2 Datos:

Equivalente en agua del calorímetro (C): 32.5g Masa inicial de agua en el calorímetro (m1) : 50g Masa total de agua contenida en el calorímetro (mf ): 80g Temperatura inicial del agua del calorímetro (t 1) : 46°C Temperatura final de equilibrio (t f ¿ : 12°C Masa de hielo fundido (m2=mf−m1¿ : 30g

Cálculos:

Calor ganado por la masa m2 de hielo (Q g=Q1+Q2): (30L+320)cal Calor de fusión del hielo (Q1=m2 . L) : (30L)cal Calor para elevar la temperatura de 0°C a t f : 320cal

(Q2=m2 .Ce .(t f−0 °C))



Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMMPero: Ce=1 cal/g °C, entonces: Q g=m2. L+m2 . t f

Calor perdido por el agua en calorímetro + calor perdido por el calorímetro

Q p=(m1+C ) (t1−t f )

Luego:

L=(m1+C ) (t 1−t f )−m2 . t f

m2

L=(50+32.5 ) (46−12 )−30 (12)

30

L=81.5cal /g

Los valores obtenidos para el calor latente de fusión (L), en los dos ensayos han de ser bastantes próximos; de no ser así, tendría que hacer una tercera determinación y tomar los dos valores más cercanos de los conseguidos.

De los dos ensayos se toma el valor promedio de ambos calores de fusión, quedando como resultado :

Lf=L1+L2

2

Lf=79.87cal / g

EXPERIMENTO 2: DETERMINACIÓN DE CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓNI. OBJETIVO



Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMMEn este ensayo se va a medir el calor latente de vaporización del agua cuyo valor es de

540cal/g

II. PRINCIPIO

El calor latente de vaporización del agua, es el calor que hay que suministrar a 1g de agua líquida a la temperatura de ebullición para que pase a vapor sin variar la temperatura.

Mientras dura la ebullición, la temperatura se mantiene constante, la energía calorífica que suministra a un líquido cuando hierve se gasta en realizar un trabajo contra las fuerzas de enlace existentes entre las partículas en estado líquido. De este modo se consigue liberar de las interacciones a esas partículas y que dotadas de tres grados de libertad se conviertan en vapor

Materiales:

a) Calorímetro de 250 ml con sus accesorios: agitador, tapa y termómetrob) Probeta de 100mlc) Termómetro de 0 -100°Cd) Matraz de 250ml con tubos de seguridad y desprendimiento

III. PARTE EXPERIMENTAL:

1.- Vertimos 50ml de agua en el calorímetro

2.- Dejamos estabilizar la temperatura de esa masa de agua dentro del calorímetro y anotamos el valor: t 1=27 °C

3.- Llenamos con agua tibia hasta unas ¾ partes del matraz de destilación que contenía trozos de vidrio que son para evitar una ebullición tumultuosa

4.- Calentamos el matraz hasta la ebullición y observamos la salida de vapor por el tubo de desprendimiento

5.- Introducimos el tubo de desprendimiento en el calorímetro, agitamos constantemente y esperamos a que la temperatura aumentara entre 20°C y 25°C

6.- Medimos el volumen de agua que contenía el calorímetro V f=53,6ml




Datos:

Equivalente en agua del calorímetro (C) 32,5gMasa inicial de agua en el calorímetro (m1) 50gTemperatura inicial del agua del calorímetro (t 1) 27°CTemperatura de ebullición del agua (t 2) 98°CTemperatura final de equilibrio (t f ) 71°CMasa final del agua en el calorímetro (mf ) 56,5gMasa de vapor de agua condensado: (m2) 6,5gCalor latente de vaporización del agua Lv

Lv=(m1+C ) (t f−t 1 )−m2(t 2−t f )

m2

Lv=(50+32.5 ) (44 )−(6,5)(27)

6,5

Lv=531,461 cal / g

CUESTIONARIO1. ¿Cuál es el calor latente de fusión que Ud. obtuvo experimentalmente?



Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMMDurante el desarrollo de la experiencia N°1 de la Práctica N°2, se obtuvo el calor latente de fusión (L¿¿ f )¿ mediante el promedio aritmético de los dos ensayos realizados en el laboratorio. Este valor es

Lf=79.87cal / g.

2. ¿Cuál es el error absoluto y cuál es el error relativo de la determinación?

Error absoluto (EA): Es el valor absoluto de la diferencia de dos datos obtenidos (uno en forma experimental (real) y el otro en forma teórica) expresado en tanto por uno.

EA=|80−79.87|EA=0.13 cal / g

Error relativo (ER): Es la expresión porcentual del error absoluto con respecto al dato teórico, es decir, el error absoluto dividido por el valor teórico y luego multiplicado por un 100%.

ER=|80−79.87|

80.100 %

EA=0.1625 %

3. ¿Cuál es el calor latente de vaporización que Ud. Obtuvo experimentalmente?

Durante el desarrollo de la experiencia N°2 de la Práctica N°2, se obtuvo el calor latente de vaporización (L¿¿ v)¿ mediante los datos recolectados experimentalmente además de los principios de la Termodinámica y el Equilibrio Térmico. Este valor es

Lv=531,461 cal / g.

4. ¿Cuál es el error absoluto y relativo de la determinación experimental?

Error absoluto (EA): Es el valor absoluto de la diferencia de dos datos obtenidos (uno en forma experimental (real) y el otro en forma teórica) expresado en tanto por uno.

EA=|540cal /g−531,461cal /g|EA=8.539 cal / g

Error relativo (ER): Es la expresión porcentual del error absoluto con respecto al dato teórico, es decir, el error absoluto dividido por el valor teórico y luego multiplicado por un 100%.

ER=|540 cal / g−531,461cal /g|

540.100 %

EA=1.581 %



Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMM5. ¿Por qué el hielo debe estar a temperatura 0°C de equilibrio antes de ser

colocado en el experimento?

Esto se debe a que en el caso de que el hielo esté a una temperatura igual 0°C, el al mezclarlo con el agua tibia estos intercambian energía (energía en tránsito = calor) hasta llegar a una temperatura de equilibrio, en el cual cesa en intercambio de energía. Esto es debido a que todo el calor que pierde el agua tibia se convierte en trabajo para convertir el hielo en agua a 0°C. Esta cantidad de trabajo realizado es el calor latente de fusión.

6. ¿Existe algunas diferencias si el agua se pasa antes o después de calentarla? ¿Por qué?

Si echamos el agua antes de calentarla la temperatura aproximada de esta sería 27°C muy baja como para derretir el hielo y encontrar una lectura eficiente de la temperatura de equilibrio ya que aún habría hielo dentro del calorímetro. Por otro lado si echamos el agua después de calentarla hasta una temperatura aproximada entre 40°C y 50°C conseguiremos que todo el hielo se derrita y hallaremos una lectura correcta de la temperatura de equilibrio dentro del calorímetro.

7. Si el hielo estuviera inicialmente a -5°C, escriba las ecuaciones de balance térmico necesarias para encontrar el calor latente de fusión:

Si la masa de hielo estuviera inicialmente a -5°C:Datos:

Equivalente en agua del calorímetro (C) Masa inicial de agua en el calorímetro (m1) Masa total de agua contenida en el calorímetro (mf ) Temperatura inicial del agua del calorímetro (t 1) Temperatura final de equilibrio (t f ¿ Masa de hielo fundido (m2=mf−m1¿

Calor ganado = Calor perdido

Q g=Qp

m2 . (0 °C−(−5 °C ) . 12 )+m2 . L+m2 . tf=(m1+C ) ( t1−t f )

L=(m1+C ) (t 1−t f )−m2 . t f−m2 .( 5

2 )m2

8. ¿Qué termómetro se usa para conseguir una escala patrón de temperatura?



Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMMTermómetro de Mercurio está destinado a medir temperaturas con escalas en grados centígrados o Fahrenheit.El mas empleado es aquel con graduaciones de 1 º C (pudiendo apreciarse hasta 0,5 º C) que va desde -10 º C hasta 200 º C.Se les emplea para medir temperaturas en operaciones de destilación, para determinación de puntos de fusión, etc. El termómetro es un instrumento de precisión delicado por lo tanto su manejo requiere muchos cuidados. Deberá estar limpio para introducirlo en el líquido o la solución cuya temperatura se quiere encontrar.Para líquidos que estén en ebullición, el termómetro deberá introducirse sin que este en contacto con la paredes del recipiente y a una profundidad que sea la mitad de la altura de la solución.Si es que requiere medir temperaturas sucesivas de acuerdo a como vayan ascendiendo estas, se deberá colgar con una cuerda sujeta a una pinza conectada al soporte de pie, guardando las consideraciones anteriores.

9. ¿Qué es el equivalente en agua de un calorímetro?

Cuando un líquido contenido en un calorímetro recibe calor (energía) la absorbe, pero también la absorben las paredes del calorímetro. Lo mismo sucede cuando pierde energía. El equivalente en agua de un calorímetro se entiende como la cantidad de agua que absorbe o cede la misma cantidad de calor que el calorímetro.

10. ¿Cómo nos alcanza el calor del sol?

Llega pues por la propia emisión de luz por parte del Sol. La luz tiene naturaleza ondulatoria y corpuscular, es decir, es no solo una radiación electromagnética, sino también está conformada por fotones. Ésta radiación electromagnética, no solo incluye la luz visible del espectro, sino también contiene rayos ultravioletas (UV) e infrarrojos, que son la continuación de uno y otro extremo de ese espectro. Para que ambas cosas puedan ocurrir, el medio empleado es el vacío interestelar.

11. ¿Por qué son plateadas las paredes internas de un termo?

El calor tiene diversas formas de transferirse de un lugar a otro:

Conducción: directamente por contacto entre un cuerpo y otro. Es la razón por la que nos quemamos si tocamos un objeto caliente.

Convección: En realidad es una forma de conducción, en donde un fluido frio toca a un cuerpo más caliente, y recibe calor de éste, por lo que al hacerse menos denso sube, dejando lugar a moléculas frías, que su vez se calientan y suben, creando así un flujo de moléculas calientes hacia arriba y otras frías que ocupan su lugar, que al calentarse a su vez se mueven hacia arriba, etc.




Radiación: es la emisión de ondas electromagnéticas (infrarrojo) de un cuerpo, y a mayor temperatura, mayor emisión de ondas infrarrojas.

Entonces, si quieres conservar un fluido caliente (o frío) en un termo, hay que bloquear las tres formas de transferencia del calor. Las paredes plateadas como espejos sirven para reflejar las ondas electromagnéticas, el vacío debe ser realmente vacío (sin aire) para evitar la conducción del calor por convección, y la botella interior no debe tocar a la botella exterior para evitar pérdidas de calor por conducción.

12. ¿Cuál es el calor específico del hielo?

Calor especifico del agua:

0.5calg . °C

=2.09 Jg . °C

En otras palabras necesitas 0.5 caloría o 2.09 joule para elevar en un grado centígrado un gramo de agua.

13. ¿Cuál es el calor específico del agua?

Calor especifico del agua:

1 calg . ° C

=4.186 Jg . °C

En otras palabras necesitas una caloría o 4.186 joule para elevar en un grado centígrado un gramo de agua.




RECOMENDACIONES

Las mediciones se deben hacer con precisión, tener cuidado a la hora de

pesar los reactivos y medir cuidadosamente el volumen en la probeta ya que

pequeños errores pueden llevar a un mal cálculo.

Al realizar las mediciones de las temperaturas debemos hacerlas rápida y

cuidadosamente ya que muchas de las reacciones ocurren instantáneamente

y el tiempo en el que varía la temperatura es muy corto.

En el primer experimento asegurarse de disolver todo el hielo, y esperar a

que se llegue a la temperatura de equilibrio.

En el segundo experimento utilizar una pequeña cantidad de agua en el

matraz para reducir el tiempo que demora en ebullir.

Es necesario utilizar una bata de laboratorio; la misma protege tu ropa y tu

piel del contacto con reactivos.

Usar guantes para cuando sea necesario tocar algún instrumento que se haya

expuesto a una llama.

Usar los lentes de protección en todo

momento para evitar algún daño a la vista.




CONCLUSIONES GENERALES

En el primer experimento llegamos a la conclusión de que es complicado hallar en el laboratorio con exactitud el calor latente de fusión, más aun cuando los instrumentos no son los más precisos. También hallamos el valor del calor latente de fusión con un porcentaje de error relativamente bajo.

En el segundo experimento nuestro grupo concluyó que el valor del calor latente de vaporización teórico es diferente al valor que hallamos en el laboratorio debido a diferentes factores como la presión, la temperatura del medio y también a que nuestro calorímetro no es muy preciso.

Se debe tener en cuenta que para medir la capacidad calorífica del calorímetro debemos ser muy precisos y exactos para que el margen de error sean relativamente mínimas.

En este laboratorio nos ha sido posible comprender experimentalmente las leyes termodinámicas y entender más sobre los conceptos de capacidad calorífica, calor latente de fusión y vaporización, , etc.

APLICACIONES Laboratorio de Química II N°2 Página 21


Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica - FIGMMCENTRALES TERMOÉLECTRICAS:

Una central termoeléctrica es una instalación empleada en la generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada en forma de calor, normalmente mediante la combustión de combustibles fósiles como petróleo, gas natural o carbón. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica.

Cuando el calor se obtiene mediante la fisión controlada de núcleos de uranio la central se llama central nuclear. Este tipo de central no contribuye al efecto invernadero, pero tiene el problema de los residuos radioactivos que han de ser guardados durante miles de años y la posibilidad de accidentes graves.

CALDERAS DE VAPOR:

Funcionan mediante la transferencia de calor, producida generalmente al quemarse un combustible, al agua contenida o circulando dentro de un recipiente metálico. En toda caldera se distinguen dos zonas importantes:

*Zona de liberación de calor o cámara de combustión: es el lugar donde se quema el combustible. Puede ser interior o exterior con respecto al recipiente metálico.

-Interior: la cámara de combustión se encuentra dentro del recipiente metálico o rodeado de paredes refrigeradas por agua.

-Exterior: cámara de combustión constituida fuera del recipiente metálico. Está parcialmente rodeado o sin paredes refrigeradas por agua.

La transferencia de calor en esta zona se realiza principalmente por radiación (llama-agua).

*Zona de tubos : es la zona donde los productos de la combustión (gases o humos) transfieren calor al agua principalmente por convección (gases-aguas). Está constituida por tubos, dentro de los cuales pueden circular los humos o el agua.




BIBLIOGRAFÍA

CHANG, Raymond. Química undécima edición, Editorial: Mc Graw-Hill.

Whitten, Gurley, Davis;Químicas General; Editorial Mc Graw Hill8ª edición

Brown, H.E. Le May Jr Química, la ciencia central Editorial Prentice Hall8ª edición

Termodinámica Estadística; John Petrucci

Páginas web vistas:

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latente

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/fusion/fusion.htm

http://www.ecured.cu/index.php/Calor_Latente


informe 2 de quimica ii

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