Diagrama de flujo Determinar la constante del calorímetro
Repetir el experimento con correcciones
Realizar dos veces la determinación
Analizar las fallas experiment
Comparar con el valor de la literatura
6°C sobre la temperatura de equilibrio
Colocar en el vaso Dewar 175mL de agua no destilada
Tapar y registrar la temperatura cada 30s
Agregar 25g de hielo seco (sin agua líquida)
Utilizar diferentes masas
Calcular el calor latente de fusuion
Agitar y registrar la temperatura cada 3os por 5 min
Objetivos de la práctica Determinar el calor latente de fusión del hielo con la ayuda de un calorímetro.
Problema a resolver Obtener el valor del calor latente de fusión del hielo, es decir al pasar de estado sólido a líquido, utilizando un calorímetro igual al que se nos proporcionó en la práctica anterior.
Introducción El calor de cambio de estado es la energía requerida por una sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). Al cambiar de gaseoso a líquido y de líquido a sólido se libera la misma cantidad de energía. Antiguamente se usaba la expresión calor latente para referirse al calor de fusión o de vaporización. Latente en latín quiere decir escondido, y se llamaba así porque, al no notarse un cambio de temperatura mientras se produce el cambio de fase (a pesar de añadir calor), éste se quedaba escondido. Cuando se aplica calor al hielo, va ascendiendo su temperatura hasta que llega a 0°C (temperatura de cambio de fase), a partir de entonces, aun cuando se le siga aplicando calor, la temperatura no cambia hasta que se haya fundido del todo. Esto se debe a que el calor se emplea en la fusión del hielo.
Metodología empleada Materiales 1 frasco Dewar de 300 mL 1 probeta e 250 mL 1 probeta de 100 mL 2 termómetros digitales 1 balanza 1 resistencia eléctrica 1 vaso de precipitados de 600 mL
1 vaso de precipitados de 250 mL 1 cronómetro 1 vidrio de reloj 1 guante Reactivos agua hielo
Primera parte Determinación de la capacidad térmica o constante del calorímetro. a. Se determina la constante del calorímetro por medio del método de las mezclas, tal como se realizó en la práctica de Equivalente calor trabajo.
Datos Determinación de la capacidad térmica del calorímetro: Masa de agua a temp. ambiente=22.3 °C masa de agua caliente = 100g Temp. agua caliente en la probeta=83.9 °C Que materiales ganan: agua fría, termómetro, vaso Que materiales ceden: agua caliente.
Algoritmo
K=
Cálculos
K=
tiempo temperatu en ra minutos en °C 0.5 22 1 22 1.5 22 2 22 2.5 22 3 22 3.5 22 4 22 4.5 22 5 22 5.15 46.2 5.3 47.2 5.45 47.5 6 47.7 6.15 47.6 6.3 47.5 6.45 47.5 7 47.4 7.15 47.4 7.3 47.3 8 47.2 8.5 47.2 9 47.2 9.5 47.2
Segunda parte Determinación de la variación de entalpía de fusión del hielo o calor latente de fusión del hielo. a. Colocar en un frasco Dewar 175 mL de agua no 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). b. Tarar en la balanza un vidrio de reloj. Pesar aproximadamente 25 g de hielo que ha sido secado previamente con una servilleta de papel y colocarlo rápidamente en el frasco Dewar al minuto 5. c. Agitar constantemente y registrar la temperatura cada 15 tiempo en temperatura segundos hasta llegar a una segundos °C temperatura 0 29.8 mínima. 15 29.8 Proseguir con 30 29.8 las lecturas cada 30 45 29.8 segundos 60 29.8
75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300
29.8 29.8 29.8 29.8 29.8 29.8 29.8 29.8 29.8 29.8 29.8 29.8 29.8 29.8 29.8 29.8
Datos de la mezcla 315 330 345 360 375 390 405 420 435 450 465 510 525 540 555 570 585 600 615 645 660 675 690 720 750 780 810 930 960 990
temp. °C 25.5 21.8 19.4 17.8 16.2 15.8 17.5 17.6 17.7 17.7 17.7 17.7 17.7 17.7 17.7 17.7 17.7 17.7 17.7 17.7 17.7 17.7 17.7 17.8 17.8 17.8 17.9 18 18 18
durante 5 minutos más.
Datos experimentales
Masa de agua a aprox 6˚C más a la temp. ambiente = 179g masa de hielo= 25.5g
Algoritmo. Q = mL
Cálculos
Q= Se eleva la temperatura del agua de 0º C (273 K) a 100 ºC (373 K)
Q3=0.001·4180·(373-273)=418 J
Análisis de resultados 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? La calibración de los termómetros Las aproximaciones en volumen hechas con las probetas El calor que se pierde al pasar de un recipiente a otro La temperatura del ambiente El agua que se queda en los recipientes al vaciarla • ¿Por qué es necesario secar el hielo con una toalla antes de añadirlo al agua? Para evitar que se considere la masa de agua alrededor del hielo que ya ha pasado a estado líquido. • ¿Por qué es necesario que la temperatura inicial del agua sea superior a la temperatura ambiente al iniciar el experimento?
Porque las paredes del vaso Dewar absorben rápidamente calor y la temperatura desciende demasiado • ¿Cómo se podría mejorar la determinación? Controlando más las variables como por ejemplo las temperaturas de forma más precisa y repitiendo el experimento al menos dos veces. Conclusiones A pesar de que la determinación de la constante del calorímetro se realizo dos veces se obtuvo un valor muy bajo y debido a esto, probablemente, la aproximación al valor teórico del calor latente de fusion no fue tan buena, comparándola con la literatura, además a ello se le suman varios factores que contribuyen al error; como por ejemplo; la masa de agua que queda escurriendo en la probeta o la diferencia de masa a diferente temperatura y el error que se tiene por medirla tan aprisa. Para mejorar esta práctica se deberían cambiar diferentes circunstancias como por ejemplo determinar exactamente el valor de la temperatura ambiente y calibrar los termómetros para que ambos den la misma lectura y trabajar mñas rápido con las muestras para evitar el intercambio de calor con el medio.
Bibliografía Tippens P. Física, conceptos y aplicaciones. México: McGraw-Hill, 2001 Hewitt, P. Física conceptual. México: Addison Wesley Longman, 1999.
Actividades sugeridas para complementar el tema de entalpia de fusión del hielo. 1. Es posible mantener alimentos relativamente fríos sin utilizar un refrigerador, envolviéndolos con una toalla empapada en agua fría. ¿Por qué funciona este procedimiento? Sí porque el agua requiere bastante energía para evaporarse y mientras este cubriendo al alimento servirá de aislante impidiendo que el calor de este pase al medio. 2. 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? Absorben calor 3. Un trozo de hielo a cero grados Celsius funde en un vaso de vidrio. ¿Cuál es la temperatura de la mezcla de hielo-agua cuando el hielo está (a) a medio fundir, (b) fundido en un 90%? Siempre que existe hielo en estado sólido la temperatura del vaso es la misma aproximadamente 3°C
4. Una persona que usa lentes observa que se empañan cuando en un día frío pasa de una habitación caliente al exterior. ¿Por qué? Porque el agua que está en estado gaseoso en el medio ambiente absorbe calor de la superficie de los lentes y se condensa.
