LABORATORIO DE FISICA II
FACULTAD DE ING. QUIMICA
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, Decana de América)
FACULTAD: Química e Ingeniería Química ESCUELA ACADEMICA: Escuela Académico Profesional de Ingeniería Química CURSO: Laboratorio de Física II
TRABAJO: Informe de Laboratorio Nº 11 TEMA: CAMBIOS DE FASE EN LA NAFTALINA PROFESOR: CICLO: Tercero ALUMNOS
CÓDIGOS
2011 EXPERIENCIA Nº 11
CAMBIOS DE FASE EN LA NAFTALINA.
LABORATORIO DE FISICA II
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CAMBIOS DE FASE EN LA NAFTALINA EXPERIENCIA Nº 8
I. OBJETIVO.
Determinar y describir la curva de fusión y de solidificación de la naftalina.
II. EQUIPOS / MATERIALES. 1 Equipo de calentamiento (mechero Bunsen). 1 Soporte universal. 1 Tubo de pruebas. 1 Vaso pirex de 500 ml. Cronometro. Agarraderas. Agitador. 2 Termómetro. Naftalina. Agua.
III. FUNDAMENTO TEORICO. Al cambio de estado sólido a líquido se le denomina fusión, la temperatura asociada a este cambio se le denomina punto de fusión. Al cambio de estado líquido a sólido se le denomina solidificación, la temperatura asociada a este cambio se le denomina punto de solidificación. En estos cambios de estado necesariamente existe una energía térmica que es absorbida o desprendida por el cuerpo y tiene la finalidad de hacer mas activas las moléculas que se encuentran ligadas por fuerzas atractivas o en todo caso las reagrupa. El punto de solidificación coincide con el punto de fusión y durante la solidificación, el calor que fue absorbido en la fusión es liberado
EXPERIENCIA Nº 11
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IV. PROCEDIMIENTO Primera parte 1. Coloque dentro del tubo de prueba la naftalina y un termómetro que algunas veces puede servir cono agitador (agite con cuidado), dentro del tubo de prueba.
m naftalina 2. Llene el pirex con 400ml de agua. Va
66.6 g 400 ml
ua
3. Coloque el sistema tubo de pruebas (naftalina + termómetros) dentro del pirex mas un termómetro adicional como se muestra en la figura. 4. Calienta el agua y lea el termómetro del tubo de la prueba hasta que la naftalina comience a fundirse .Observe la temperatura del termómetro, la del agua mientras esta dando la fusión. Intervalos de tiempo: 2 min.
V agua = 400 ml t(s) T naftalina (ºC)
m naftalina = 6.6g
0
120 240
360
480
600
21
23
33
40
47.5 55
27
T agua(en el mismo proceso)
T fusión
720 840
960
1080 1200
61.5 67.8 73.5
78.5
80.5
73.5 C
5. Retirar el tubo de prueba con la naftalina fundida. Mida la temperatura a la cual la naftalina comienza a solidificarse. 6. Quite el termómetro y dejar que la naftalina se solidifique completamente. Observe la cavidad en la superficie de la naftalina solidificada. Primero se comienza a solidificar mas rapido, luego de unos minutos comienza a cambiar de color mas blanco y la muestra sigue solidificandose.
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7:Trace la grafica de la curva de solidificación: temperatura T versus tiempo t. La grafica se encuentra al último en el apéndice
A partir de la grafica T = T(t) ¿Explique cómo puede determinar que el cuerpo desprenda calor o se enfríe? Como sabemos, la energía térmica que gana un cuerpo o pierde es directamente proporcional a la variación de temperatura, por tanto si la variación de temperatura es positiva, es decir Tf – To > 0 entonces existe aumento de energía, por lo tanto las moléculas que la constituyen, se hacen mas activas separándose unas a otras. Por lo contrario si Tf – To < 0 , entonces las moléculas se reagrupan existiendo perdida de energía y el cuerpo desprende calor enfriándose, iniciándose así, lo que se denomina SOLIDIFICACION. Indique en que instante y a qué temperatura se realiza el proceso de solidificación. A los cinco minutos de retirado el tubo de prueba con naftalina, el termómetro indica la temperatura de 82.5 C , y es a esa temperatura en que se observa la formación de pequeñas partículas haciéndose la sustancia cada vez mas viscosa, iniciándose por tanto el proceso de solidificación.
t
300 s
T solidificación
82.5 ºC
Segunda parte 7. Repetir el procedimiento anterior pero con 100ml de agua en el pirex, caliente hasta que la temperatura de la naftalina fundida se aproxime a 100ºC.
t(s) T naftalina (ºC)
EXPERIENCIA Nº 11
V agua = 400 ml (cada 4 minutos) 180 420 660 960
180
360
540
66
33
50
81.5 89.6 93.3 93.8
95
98.6 98.9
m naftalina = 6.6g (cada 3 minutos) 720
900 1080 1260 93.9
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T’ agua
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m' naftalina
6.6 g
V’ agua
100 ml
(en el mismo proceso)
21
T’ fusión
74 ºC
t'
480 s (8 min)
T' solidificación
80.5 C (3 min)
8. Retire el tubo de prueba y dejar que la naftalina se solidifique mida la temperatura cada medio minuto. Agite nuevamente con el termómetro cuyo bulbo debe estar en el centro de la naftalina liquida cuando la lectura es tomada. Bueno en este caso observamos como poco a poco comienza a solidificarse la naftalina, primero en una parte superior llamada cavidad mas rápido, recuperando su color blanco, poco a poco luego la muestra ya alcanza a ser sólida igual que el principio.
9. Interrumpimos el experimento cuando la temperatura llego a 70 C. ¿Es posible determinar la cantidad de calor por unidad de tiempo que se desprende en el proceso de solidificación? Conocemos como flujo calorífico a la relación dQ/dT. Además por la experiencia anterior tenemos: dQ/dT = mce dT/dt , entonces nosotros podemos determinar la cantidad de calor por unidad de tiempo ya que contamos con la cantidad de masa, el valor teórico del calor especifico de la naftalina, y además contamos con la temperatura por unidad de tiempo.
¿Por qué el punto de fusión y solidificación coinciden durante la solidificación? Porque durante el experimento al calentar el agua, esto permita ganar calor a la naftalina que se encuentra dentro del tubo de ensayo; dicho calor ganado lleva a la naftalina inicialmente sólida a un progresivo aumento de dinámica entre las moléculas que la contienen disminuyendo la fuerza intermolecular de cohesión iniciando la fusión, pasando la naftalina de su estado inicial sólido a liquido, una vez que detenemos el incremento de calor y sacamos el tubo del recipiente, entonces la naftalina empezará a perder el calor que había ganado produciéndose un fenómeno de regresión de estado; volviendo a su estado original sólido y a la temperatura original, cumpliéndose que : Qganado = Qperdido.
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Porque no dependen de la temperatura, sino más bien de la presión atmosférica a la cual se encuentra la sustancia y como esta presión no varía entonces ambos puntos deberán coincidir pues se trata de la misma sustancia.
Si el punto de solidificación de la naftalina se considera 80ºC ¿A qué se debe la diferencia observada en la grafica? Porcentaje de error:
V teórico
E %
E %
V exp erimental
V teórico
.100
80 74
80
.100
7.5%
7.5%
El punto de fusión experimental es de 74 C y el teórico de 80 C. La diferencia de dos
grados centígrados, se debe a las fuentes de error. Estos pueden ser: Los errores experimentales cometidos por nosotros. La impureza de la muestra. Los errores de instrumento.
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V. TAREA. 1. Explique en que consiste la fusión franca y la fusión pastosa. La fusión franca corresponde a aquellos cuerpos que tienen un punto de fusión fija es decir pasan del estado sólido al líquido directamente, esta es una característica de los cuerpos puros. La fusión pastosa corresponde a aquellos cuerpos que pasan al estado líquido por graduaciones insensibles que para pasar al estado líquido primero se reblandecen osea forman un comportamiento pastoso; esto corresponde a cuerpos formados por mezclas (cuerpos con alto coeficiente de viscosidad).
2. ¿Cuáles son las posibles fuentes de error en este experimento?
Los errores obtenidos podrían deberse a diferentes factores como: la presencia de impurezas en la sustancia o cuerpo (esto variará aumentando el punto de fusión).
El error de paralelaje de los instrumentos de laboratorio.
Error del observador al efectuarse al medición.
El fuego no homogéneo del mechero de Bunsen y otros.
VI. CONCLUSIONES.
La temperatura a la que comienza a fusionar la naftalina es la misma temperatura a la que se inicia el proceso de solidificación.
Al incrementar la energía se produce un aumento de temperatura, generando el paso de sólido a líquido o fusión.
Al disminuir la energía se produce una disminución de temperatura, generando el paso de líquido a sólido o solidificación.
Durante la fusión, las moléculas que forman la naftalina sólida se van separando entre ellos cada vez llegando a romper la fuerza de cohesión intermolecular por la activación de las moléculas.
Durante la solidificación, las moléculas que forman la naftalina liquida sufren un fenómeno de reagrupamiento perdiendo dinamismo intermolecular tornando su arquitectura a cuerpo sólido.
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Al no variar la presión atmosférica el punto de fusión y el punto de solidificación deberán ser iguales.
Las impurezas de un cuerpo alteran su punto de fusión.
VII. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES.
Notamos en la experiencia realizada que la formula de igualación de cantidad de calor perdido es igual a cantidad de calor ganado nos va a dar un resultado mucho mas preciso que el segundo método utilizado en el laboratorio; esto se debe a que la formula de igualación de cantidad de calor necesitara siempre de datos que a veces no se consideran necesarios.
Entre la recomendaciones que podemos mencionar están, que se debe de tratar de tomar las medidas de la temperatura con mayor precisión, cuando se realiza el cambio del objeto se debe de realizar los mas rápido posible, sin pérdida de tiempo; con el fin de evitar una pérdida de calor en el medio ambiente. Tratar que la cantidad de calor que se aplica permanezca constante durante toda la experiencia y evitar el menor error posible.
Antes del experimento revisar los instrumentos de trabajo.
Poner el termómetro en forma vertical y no dejar que toque la base del vaso.
Tener cuidado al momento de encender el mechero.
Cerrar bien la llave por donde ingresa el gas al mechero después del experimento.
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VIII. BIBLIOGRAFIA.
Manual de Laboratorio de FISICA II
2º Edición.
“Física para Ciencias e Ingeniería”
Procesos de Transferencia de Calor”
“Principios de Transferencia de calor”
“Química y Física Resumidas” Severiano Herrera – Alirio Mujica Editorial Norma – Colombia- 1985 Pgs. 201 – 205.
Al varenga Álvarez, Beatriz, Física general tercera edición, México, 1991.
John P. McKelvey. Editorial Tierra Firme.
Donald Q Kem. Editorial Continental – México 0 1994 Pgs. 13, 15, 905, 909.
Frank Kreith Editorial International Texbook Company – México – 1970 Pgs. 1 – 7.
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