Informe Calor Específico FÍSICO-QUÍMICA

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL. INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO PREPARADO POR EL ESTUDIANTE

Físico-Química FECA

PRÁCTICA N˚ 3 : CALOR LATENTE DE FUSIÓN ESTUDIANTE CARRERA SEMESTRE DOCENTE E!ic" Sa#$ia%o I#%(#i(!ía $(!c(!o Quim, o+í.a! E#!í/u() L&'() Am*i(#$a+ Ca*asca#%o

012

2 O4ETI5OS 2 O4ET 4ETI5O 6ENERAL RAL •

0

Determinar el calor latente de fusión del hielo.

O4 4ET ETI5 I5OS OS ESPE ESPEC7 C7FI FICO COS S Calcular el calor latente de fusión del calorímetro casero. Calcular el calor latente de fusión del calorímetro. • •

2

MATE MATERI RIAL ALES ES Y REA REACT CTIV IVOS OS

MATERIALES 1. Calorímetro 2. Cronómetro 3. Embudo de vástago 4. Plancha de calentar

11

5. Termómetro ( ℃  !. "#elo $. %alan&a electrón#ca '. aso de )rec#)#tac#ón *. aso t+rm#co 1,. -atra& (ml 11. gua

1

5

8 9

2 7

!

"

1

0


3

ANTECEDENTES DEL TEMA

E/E-P0 Al suministrarle calor al hielo, va ascendiendo su temperatura (calor específico) hasta que llega a o (punto de fusión del hielo), a partir de entonces, aun cuando se le siga aplicando calor,la temperatura no cambia (calor latente) hasta que se haya fundido del todo. Al ser fundido del todo obtendríamos solamente liquido (agua).

ntonces la temperatura nuevamente empe!ara a aumentar (calor específico) hasta llegar a "## (punto de evapori!ación del agua), a partir de entonces, aun cuando se le siga aplicando calor, la temperatura no aumentar$ (calor latente) hasta ser evapori!ado totalmente cuando sea evapori!ado totalmente obtendremos gas vapor.


CA%&' %A

Calor latente se define como la cantidad de calor que necesita una sustancia para pasar del estado sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gas (calor de vapori!ación) sin cambio de temperatura.

l calor de fusión representa la energía necesaria para deshacer la fase sólida que est$ estrechamente unida y convertirla en líquido *ara convertir líquido en solido se necesita la misma cantidad de enrgía , por ello el calor de fusión representa la energía necesaria para cambiar del estado sólido a líquido y tambi+n para pasar de estado sólido a líquido .

l calor latente de fusión se mide en 


ig.

¿ 1 : diagrama del calor latente de fusi ó n para elh ielo

uente http//es.slideshare.net/0ame!r0cv/monografia1calor1latente1234"544#

PARA LA FIGURA 1 # C$%&' L$()*() +) F-/* +)% 0)%&

n el tramo A- observamos que hay cambio de temperatura porlo tanto es calor específico

n el tramo -C observamos que no hay cambio de tempertura por lo tanto es calor latente. de temperatura por lo tanto es calor n el tramo CD observamos que hay variación específico n el tramo D observamos que no hay variación de temperatura por lo tanto es calor latente

TIPOS DE CALOR LATENTE 5APORI8ACIÓN FUSIÓN SULIMACIÓN CNDENSACIÓN SOLIDIFICACIÓN

CAMIO DE ESTADO DE: %6789D& D :A; ;<%9D& A %9789D& ;&%9D& A :A; :A; A %6789D& %6789D& A ;&%9D&


9*&; D CA%&' %A 7 :CALOR DE EAPORI8ACIÓN  ; %A ':6A E E C;A'9A *A'A CA=-9A' " :'A=& T  ;AD& D ;8;AC9A 6 %6789DA A ;AD& 5 :A;&;&  % *8& D -8%%9C9<. ;A ':6A 6 E '&=* %A; 8'>A; A'AC9?A; . T 9'=&%C8%A'; @ A=-9 D- *'&?' . 6 %A ':6A C;A'9A 3 *A'A 0 B*AD9' % :A; T

CALOR DE FUSIÓN : CALOR DE SULIMACIÓN: ; %%A=A CA%&' D 8;9< A ; %A ':6A C;A'9A %A ':6A C;A'9A *A'A *A'A *'&D8C9' % CA=-9& CA=-9A' " :'A=& D D% ;AD& ;<%9D& A% ;8;AC9A  ;AD& ;AD& :A;&;& ;9 *A;A' ;<%9D& , A ;AD& %6789D& , *&' % ;AD& %6789D&. A% ;9 CA=-9A' ;8 *'&C;& 9?';& ; % =*'A8'A. ;A ':6A D&=9A ;8-%9=AC9< '&=* %&; %AC; ':';?A  ; DC9' , % ;<%9D&; , @ 78DA 8A *A;& D9'C& D% ;AD& ;9:99CA9?A CA9DAD A;&C9ADA C& %A; 8'>A; ;<%9D& A% ;AD& :A;&;&. 9'=&%C8%A'; D% ;AD& %6789D&

8 2 5 E . 1 0 6 C . . E C 6 3 6 5 5 5 1 9 4 3 C 8 C 2 9 . 8 1 0 0 E . 2 C

?A%&'; D CA%&' %A D A%:8A; ;8;AC9A;

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL. INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO PREPARADO POR EL ESTUDIANTE •

n el siguiente cuadro se dan algunos valores del calor latente de fusión para diferentes sustancias.

ig2 valores de calor latente para algunas sustancias uente http//es.slideshare.net/0ame!r0

fig valores de calor latente para algunas sustancias fuente http//es.slideshare.net/0ame!r0

DEDUCIR LA ECUACION DEL CALOR LATENTE 9 SUS UNIDADES Calor latente de fusión del hielo a # EC, F# cal/g Mc(T 0

)

(T 0

− T + E

L

=

Mc + E m

) = mL + mc(T − 0)

− T

(T 0

)

− T − cT

Do#(: T O : emperatura del agua en el calorímetro T : emperatura final del equilibrio c

 Calor específico

M  =asa del agua caliente m

 =asa del hielo

E

: quivalente t+rmico del calorímetro

UNIDADES ?alor teórico del calor latente de fusión

80

kcal kg


Q f =¿ m L¿

g× Lf=

cal × ˚ K g×°K

¿ ¿

cal Lf = g

g

; *'&CD9=9&

P2 E0 C02;-ET2

T--8 E0 (8 6E P2E83P3TC345 7 C0C-8 P2<3-6-E5TE 1,, -0 6E =9

P2CE6E-8  T-2 0 TE-PE2T92 A350 6E E?9303%23 7 5T-8 08 2E890T68.

P2 E0 (8 TB2-3C

C5 E0 =3T62 T--8 E0 (8 6E 2E-(E-8 T6 E0 P2E83P3TC345 7 "3E0 @ "8T ?9E C0C-8 T6 E0 "3E0 8E "7 P2<3-6-E5TE 1,, CA%&'6='& A95636 -0 6E =9

=asa del hielo ( m ) ?olumen de agua (=) emperatura del agua caliente 6E 0 C5T366 6E =9 -E636 emperatura del hielo P2CE6E-8 C0E5T2 E5 0 CC35 E0ECT23C

P2CE6E-8  T-2 0 TE-PE2T92 A350 6E E?9303%23 7 5T-8 08 2E890T68.

=3T-8 E0 C02;-ET2 7 T--8 0 TE-PE2T92 353C30 6E0 838TE- T

emperatura inicial de la me!cla (

0

)

6E 0 C5T366 6E =9 -E636 P2CE6E-8  C0E5T2 E5 0 CC35 E0ECT23C

( T )

emperatura de equilibrio

C5 E0 =3T62 2E-(E-8 T6 E0 "3E0 @ "8T ?9E T6 E0 "3E0 8E "7 A95636

"## g

"## ml 5G ℃ # "" G

=3T-8 E0 C02;-ET2 7 ℃ T--8 0 TE-PE2T92 353C30 ℃ 6E0 838TE-

℃

95 (E> ?9E "E-8 C0E5T6 E0 =9 P2CE6E-8  T-2 0 TE-PE2T92

T--8 0 -9E8T2 6E "3E0 7 C0C-8 E5 E0 C02;-ET2 .

95 (E> ?9E "E-8 C0E5T6 E0 =9 P2CE6E-8  T-2 0 TE-PE2T92

T--8 0 -9E8T2 6E "3E0 7 C0C-8 E5 E0 C02;-ET2 .

T28(8-8 E0 =9 C03E5TE E5 E0 C02;-ET2 7 C5 E0 TE2-4-ET2 -E63-8 0 TE-PE2T92 353C30 6E0 =9 6E5T2 6E0 C02;-ET2

 C5T359C345 T--8 1,, =2-8 6E "3E0 7 T--8 89 TE-PE2T92 353C30

T28(8-8 E0 =9 C03E5TE E5 E0 C02;-ET2 7 C5 E0 TE2-4-ET2 -E63-8 0 TE-PE2T92 353C30 6E0 =9 6E5T2 6E0 C02;-ET2

 C5T359C345 T--8 1,, =2-8 6E "3E0 7 T--8 89 TE-PE2T92 353C30

 DATOS E
=asa del hielo ( m ) ?olumen de agua (=) emperatura del agua caliente

4# ml GF ℃

emperatura del hielo

#

℃

emperatura inicial de la me!cla ( T 0 )

""

℃


emperatura de equilibrio ( T )

"

= CÁLCULOS C>+cu+o (+ ca+o! +a$(#$( (+ ?i(+o (# (+ ca+o!ím($!o, Q ganado =−Q perdido Q hielo + Q Agua del hielo=−Qagua caliente m hielo L F + m  (agua ) ! agua " t agua =m  2 O c  2 O " t  2 O m hielo L Fh + m  ( agua) c agua ( t f −t agua( hielo ) )=−m  2 O c  20 ( t c −t m) M ielo L Fh=¿ - m  (agua ) c agua ( t f −t agua ( hielo ) )− m  2O c  2O ( t f −t o 20 ) L Fh=

−m  (agua ) c agua ( t f − t agua (hielo ) )− m  2O c  2O ( t f −t o 20 ) M  ielo

−100 g L Fh=

( ) 1 cal

g℃

(−0 ℃ + 6 ℃ ) −100 gr ( 1 cal )(−6 ℃ + 76 ℃ ) g℃

100 gr

L Fh=76

cal g

C>+cu+o (+ ca+o! +a$(#$( (+ ?i(+o (# (+ .aso $@!mico, Q ganado =−Q perdido Q hielo + Q Agua del hielo=−Qagua caliente m hielo L F + m  (agua ) ! agua " t agua =m  2 O c  2 O " t  2 O m hielo L Fh + m  ( agua) c agua ( t f −t agua( hielo ) )=−m  2 O c  20 ( t c −t m) M ielo L Fh=¿ - m  (agua ) c agua ( t f −t agua ( hielo ) )− m  2O c  2O ( t f −t o 20 )

℃


L Fh=

−m  (agua ) c agua ( t f − t agua (hielo ) )− m  2O c  2O ( t f −t o 20 ) M ielo

−4 0 g L Fh=

L Fh=77

( ) 1 cal

g℃

(−6 ℃ + 11 ℃ )− 4 0 gr ( 1 cal )(−1 ℃ + 68 ℃ ) g℃

4 0 gr

cal g

C>+cu+o (+ (!!o! (+ ca+o! +a$(#$( ( usi&# (+ ?i(+o, #error =

$%teórico−$ % e&perimental $ %teórico

80

#error calor'metro =

cal cal −76 g g cal 80 g

100

#error calor'metro=5

C>+cu+o (+ (!!o! (+ ca+o! +a$(#$( ( usi&# (+ ?i(+o, #error =

$%teórico−$ % e&perimental $ %teórico


80

#error $asot(rmico =

cal cal −77 g g 100 cal 80 g

#error $asot(rmico =3.75

B RESULTADOS Calor latente del hielo en el calorímetro Calor latente del hielo en el vaso t+rmico

L Fh=76

cal g℃

L Fh=77

cal g 5

rror en el calorímetro rror en el vaso t+rmico

3.75

 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS :racias a la ecuación del equilibrio t+rmico obtuvimos la ecuación necesaria para obtener el dato del calor latente de fusión del hielo en donde se obtuvo muy buenos resultados. *ara el calor ganado obtuvimos al calor del hielo con el agua del hielo respectivamente, mientras que en el calor perdido obtuvimos el agua caliente esto se debe a que el hielo a # ℃ va a mantener un equilibrio t+rmico lo cual va reducir la temperatura del agua caliente. l calor del hielo nos dio como resultado a la masa del hielo m$s el calor latente del hielo, elemento al cual vamos a despe0ar de la ecuación que hemos mencionado, como resultado final obtuvimos que el calor latente del hielo va a ser igual la masa del hielo en agua por el calor específico del agua y por la variación de la temperatura menos la masa del agua caliente por el calor específico del


agua y por la variación de la temperatura , sobre la masa del hielo. *ara ambas pruebas obtuvimos como resultado 5G y 55 calorías sobre gramos para el calorímetro y el vaso respectivamente, lo cual nos dio como porcenta0e de error unos resultados muy positivos en consideración de ciertos par$metros que resultan per0udiciales para la pr$ctica.

 CUESTIONARIO a Qu@ (s m>s '!o*a*+( /u( '!o.o/u( u#a /u(mau!a: a%ua +í/uia a 211GC o u#a masa i%ua+ ( .a'o! a 211GCH E'+i/u(, l vapor de agua debido a que mientras la mano y el vapor intentan llegar al equilibrio t+rmico el vapor se enfriara y entregar$ a la mano el vapor de condensación y luego el calor del vapor condensado (agua) hasta llegar al equilibrio t+rmico (temperatura de equilibrio).

* Qui@# (s (+ i#.(#$o! (+ $(!m&m($!oJ /u( a+ (i#i! +a $(m'(!a$u!a ( o!ma o'(!a$i.a +o%!& s('a!a! +os co#c('$os ( $(m'(!a$u!a K ca+o!H Helvin

c E+ ca+o! (s'(cíico ( +os %as(sJ $i(#( +as mismas u#ia(s /u( +os ca+o!(s (s'(cíicos ( +os s&+ios K +os +í/uiosH l calor específica de gas, sólido o lo que sea es Iel calor que debe intercambiar una unidad (por e0emplo un gramo, o un mol, o un Jilogramo, etc.) de sustancia para que su temperatura varíe en una unidad de temperatura (por e0. en un grado centígrado). *ara los gases ideales usamos m$s a menudo moles que unidades de masa para indicar la cantidad de gas, en relación con las propiedades específicas de los gases ideales.

 Los %as(s so+am(#$( s( 'u((# ca+(#$a! a '!(si&# co#s$a#$( o a .o+um(# co#s$a#$(H o, los gases, como cualquier otro sistema, se pueden calentar por infinitos procesos diferentes. *asa que para los casos particulares de presión o volumen constante, las eKpresiones para el calor intercambiado son las que conocemos, bastante sencillas. 'ecordemos que el calor intercambiado siempre depende de cómo es la evolución del sistema.

( Po! /u@ +os mo$o!(s a com*us$i&# $i(#(# u# sis$(ma ( !(!i%(!aci&# *asao (# u#a ca(!ía i#$(!io! co# u# +uo ( a%uaH


%a !(!i%(!aci&# (# mo$o!(s ( com*us$i&# i#$(!#a es necesaria para disminuir el calor generado por la quema del combustible (superior a 2###LC) y no transformado en energía mec$nica, durante el funcionamiento de +stos. %a principal función de la refrigeración es mantener todos los componentes dentro del rango de temperaturas de diseMo del motor evitando su destrucción por deformación y agarrotamiento.

 Po! /u@ +as .a!iacio#(s ( $(m'(!a$u!a (#$!( (+ ía K +a #oc?( so# ( a'!oimaam(#$( 21GC (# +as )o#as cos$(!as K ( 31GC (# +as (s@!$icasH l calor específico del agua líquida es grande comparado con los calores específicos de la mayoría de los otros materiales, por eso el agua actNa como un regulador de temperaturaO en !onas con mucha agua la variación de temperatura ambiente al intercambiar cierta cantidad 7 de calor ser$ bastante menor que en las !onas des+rticas, donde prevalece el calor específico del aire seco.

% Po! /u@ (s m>s '(+i%!oso /u(ma!s( co# .a'o! a 211 GC /u( co# a%ua a +a misma $(m'(!a$u!aH *artamos de que una quemadura es físicamente una transferencia violenta de energía entre un medio que la posee y otro que la recibe sin capacidad de disipar +sa energía. n el caso del agua, la diferencia reside en que un gas tiene mucho mayor energía interna/calor (por e0emplo mayor movilidad de partículas) que la misma materia en estado líquido (fí0ate que al agua debió entreg$rsele calor para evaporarla).al quemar con vapor, pasa de vapor a agua ahí desprende energía y despu+s el agua se enfría un segundo aporte de calor o sea por esto es peor con vapor que solo agua.

? D($(!mi#a! (+ ca+o! /u( (*( /ui$a!s( a 11 % ( .a'o! ( a%ua 'a!a /u( s( .u(+.a +í/uio, Datos m P F##g P #.FJg 7 P ml 7 P #.FJg (F#Hcal/Jg) 7 P G4 Hcal ;e debe quitar GHcal al vapor de agua para que este pueda llegar a ser líquido. i D($(!mi#a! +a ca#$ia ( ca+o! a*so!*ia 'o! u#a masa ( 2; % ( #i$!&%(#o a+ 'asa! ( +í/uio a %as, Q = L$ " m


L$ =calor latentede $apori)ación

*atos : m =14 g L$ = 47,44

Q = 47,44

cal g

4,187 + cal 14 g= 664,16 cal =2780,84 + g 1 cal

 Ca+cu+a! +a masa ( u#a sus$a#cia si su ca+o! +a$(#$( ( usi&# (s =1 ca+% K si ocu!!io u# cam*io ( as( ( s&+io a +í/uio s( +i*(!a# 311 ca+, Q =mL Q =m L m=

300 cal 60

cal g

m =5 g %

" U# *+o/u( %!a#( ( ?i(+o a 1GC $i(#( m>s (#(!%ía $@!mica /u( u#a $a)a ( $@ ca+i(#$( a 211GCH E'+i/u(, , Q =c m , T

Q= c m T

donde : Q es calor

m esmasa

c escalor espec'fico %

l calor específico de la tasa es casi igual al del agua.

T es temperatura


n la fórmula encontramos que la masa y la temperatura son influyentes directos para el calos, sabemos que el bloque tiene mayor masa por lo tanto 7 del bloque de hielo ser$ mucho mayor que la de la tasa, aunque esta tenga mayor temperatura, siempre y cuando se tome como referencia a la temperatura del bloque como el # absoluto.

+ Dos cuc?a!as ( +a misma masa -u#a ( o!o K o$!a ( .i!io-J sum(!%ias (# u#a $a)a ( ca@ ca+i(#$(J a+ca#)a!># u#a #u(.a $(m'(!a$u!a ( (/ui+i*!io u#$o co# (+ ca@, Cu>+ cuc?a!a !(/u(!i!> maKo! ca#$ia ( (#(!%ía $@!mica 'a!a a+ca#)a! +a $(m'(!a$u!a ( (/ui+i*!ioH Po! /u@H %a cantidad de energía t+rmica est$ relacionada con la capacidad calorífica. %a cual es la cantidad de energía necesaria para aumentar en una unidad de temperatura un gramo de agua o de la sustancia de muestra. *ara poder determinar cual requiere de mayor cantidad de energía se debe comparar los materiales y sus condiciones. ! =

Q =c∗m ,T

m Au=m-i ! Au= c Au∗m Au .! -i=c -i∗ m-i

m Au=

! Au c Au

! Au

=

c Au

.m -i=

c Au

c -i

! -i c -i

! Au c Au = = ! -i c -i

! Au

! -i

( ) ∗( )

0,1291∗ 0,876

+ g ° !

+ 273,15 ° K g° K 1 ° !

= 0,000539536

=5,39 & 10−4

Como resultado se puede deducir que se necesita m$s energía para que la cuchara que contiene el vidrio debido a que se necesita #,###Q por cada unidad de capacidad calorífica en relación a la que se debe suministrar al oro debido a que los metales son me0ores conductores de calor y el oro es un gran e0emplo.


m La (.a'o!aci&# como $a+ (s u# '!oc(so $@!mico ( (#!iami(#$o o ( ca+(#$ami(#$oH %a evaporación corresponde a un proceso de enfriamiento debido a que al cambiar de estado la temperatura se mantiene constante, esto se da porque al evaporarse el agua adquiere una mayor energía que la que tiene en estado líquido, la evaporación produce un enfriamiento al sistema en el que se encuentra a pesar de suministrarle calor para que se produ!ca. 1 CONCLUSIONES •

•

•

l calor latente de fusión del hielo, nos habla acerca de la cantidad de calor que se necesita administrar a un sistema para transformar " g de una sustancia sólida a una liquida, es decir, el calor requerido para poder lograr que una unidad de masa del agua cambie de un estado de fase al otro. n la pr$ctica se observó que durante el cambio de fase sólido1líquido, el hielo necesitó absorber calor del agua y del vaso para que esta manera reali!ar el cambio de fase. Al suministrar calor al hielo +ste aumenta constantemente su temperatura hasta alcan!ar la temperatura de cambio de estado, una ve! alcan!ada +sta el cuerpo no aumenta su temperatura aunque se le continNe suministrando calor.

11 OSER5ACIONES 9 RECOMENDACIONES •

•

•

•

• •

•

• •

rror de volumen el volumen de agua cogido no es eKacto, porque cada persona lo mide de una manera diferente. rror al leer la temperatura no es eKacta, porque cada persona lo hace de una manera. *uede quedar algo de agua en el vaso de precipitados, aunque esto sólo altera el resultado en unas d+cimas. ;e han usado termómetros de mercurio, que son poco precisos, lo que hace que el resultado varíe de una persona a otra. C$lculos ineKactos a la hora de coger decimales. *+rdidas de calor en el calorímetro al hacer el trasvase del agua y a trav+s del agu0ero para el termómetro se pierde algo de calor. o haber esperado tiempo suficiente a que la temperatura se estabilice antes de medirla. l agua usada no es pura, y por eso su calor específico no es " eKactamente. rror al calentar el agua se debe a que la temperatura se mide o en la superficie del líquido o en la profundidad, y la fuente de calor (placa calefactora) no es homog+nea, lo que hace que la parte superior est+ m$s fría y la inferior m$s caliente. ;uele ser el principal error.

12 ANEOS



6onde TD tem)eratura Dría Tc tem)eratura cal#ente Tm tem)eratura de la me&cla

Informe Calor Específico FÍSICO-QUÍMICA

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