nafta 2 (2)

UNMSM

Laboratorio de Física II

CAMBIOS DE FASE EN LA NAFTALINA I. OBJETIVO

Determinar y descubrir la curva de fusión y de solidificación de la naftalina. II. EQUIPOS / MATERIALES

1 Equipo de calentamiento (Mechero Bunsen) 1Soporte Universal 1 Tuvo de prueba 1Vaso de Pirex 2 Termómetros Cronometro Agua Naftalina Agarraderas Agitador

III. FUNDAMENTO TEORICO

Al camb cambio io de fase fase de sóli sólido do a líqui líquido do de una sust sustan anci ciaa se le deno denomi mina na fusi fusión, ón, la temperatura asociada a este cambio se le denomina punta de fusión. Al cambio de fase de líquido a sólido se le denomina solidificación, la temperatura asociada a este cambio se denomina punto de solidificación. En estos cambios de estado necesariamente interviene una energía de naturaleza térmica térmica la cual es absorbida o disipada por el cuerpo. Esta tiene como fin hacer mas activas las moléculas que se encuentran ligadas por fuerzas activas; o en todo caso ca so reagruparlas. El punto de solidificación coincide con el punto de fusión y durante la solidificaron, el calor que fue absorbido en la fusión es liberado.

-1-

UNMSM


LA NAFTALINA

La naftalina (C10H8) es un sólido blanco que se evapora fácilmente y se produce naturalmente cuando se queman combustibles. También se llama alquitrán blanco y alcanfor blanco, y se ha usado en bolas y escamas para polillas. Quemar tabaco o madera produce naftalina. Tiene un olor fuerte, aunque no desagradable. La 1-metilnaftalina y la 2-metilnaftalina son compuestos similares a la naftalina. La 1-metilnaftalina es un líquido transparente y la 2-metilnaftalina es un sólido; ambos pueden olerse en el aire y en el agua en concentraciones muy bajas.

El principal uso comercial de la naftalina es en la manufactura de plásticos de cloruro de polivinilo (PVC). El principal uso de consumo es en bolas para repeler polillas y en bloques desodorantes para cuartos de baño. Tanto la 1-metilnaftalina como la 2metilnaftalina se usan en la manufactura de otras sustancias químicas como por ejemplo tinturas y resinas. La 2-metilnaftalina se usa también para hacer vitamina K . La exposición a grandes cantidades de naftalina puede dañar o destruir una porción de sus glóbulos rojos. Esto puede hacer que el número de glóbulos rojos disminuya significativamente hasta que su cuerpo reemplace las células destruidas. Esta condición se llama anemia hemolítica. Algunos de los síntomas de la anemia hemolítica son fatiga, falta de apetito, agitación y palidez. La exposición a grandes cantidades de naftalina también puede causar náusea, vómitos, diarrea, sangre en la orina y una coloración amarilla de la piel. No hay estudios de seres humanos expuestos a la 1-metilnaftalina o 2metilnaftalina. Los animales a veces exhiben opacidad de los ojos después de tragar grandes cantidades de naftalina. No se sabe si esto sucede también en seres humanos. Respirar vapores de naftalina diariamente de por vida produjo irritación e inflamación de la nariz y los pulmones en ratas y ratones. Aun no está claro si la naftalina afecta el sistema reproductivo en animales; la mayoría de la evidencia es negativa. La administración de 1-metilnaftalina y 2-metilnaftalina mezclada en la comida a ratones durante la mayor parte de sus vidas produjo la acumulación de un material anormal en los pulmones.

-2-

UNMSM


IV. PROCEDMIENTO TEORICO Primera Parte:

1. Coloque la naftalina y un termómetro, que eventualmente pueda servir como agitador (agite con cuidado), dentro de un tubo de prueba.

Tubo de ensayo

Tubo de ensayo sin naftalina

Masa de la naftalina = masa del tubo de ensayo con naftalina - masa del tubo de ensayo

mnaftalina

7.4 g

2. Vierta 400 ml. de agua al pirex. Anote este valor en la Tabla 1.

vagua

400 ml

-3-

UNMSM


3. Coloque el tubo de pruebas (naftalina + termómetro) dentro del pirex y un termómetro adicional en el agua. Como se muestra en la figura

4. Caliente el agua y lea el termómetro el tubo de prueba hasta que la naftalina comience a fundirse. Observe la temperatura de ambos termómetros (la del tubo de prueba y del agua) mientras se esta produciendo la fusión. Anote este valor en la Tabla 1. Intervalos de tiempo: 90 seg. Tabla 1 # de Medidas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

t (s) 0 90 180 270 360 450 540 630 720 810 900 990 1080 1170

T (°C) 22.5 33 42.8 50.5 59 68.5 70 81 87 92 94 97 98 98.5

T N (°C) 22.5 24 31.5 35.5 40 45 49 53.5 58.5 61 63.5 67 82 84.5

-4-

UNMSM


T agua

(en el mismo proceso) T fusión

98°C 82°C

5. Retire el tubo de prueba con la naftalina fundida. Mida la temperatura a cual la naftalina comience a solidificarse. 6. Quite el termómetro y deje que la naftalina se solidifique completamente. Observe la cavidad en la superficie de la naftalina solidificada. Describa su observación. Se observa dentro del tubo de ensayo pequeñas partículas que poco a poco se van tornando de un color turbio. Generándose el proceso de solidificación; obteniendo al término de este proceso un pequeño agujero en el centro del sólido. Esto es debido a que las partículas experimentan un cambio de fase, reordenándose al tomar otra forma de estado. Trace una gráfica de la curva de solidificación: Temperatura T versus tiempo t. (Ver Anexo 1 en la siguiente pagina) A partir del gráfico T = T (t ) . ¿Explique cómo se puede determinar que el cuerpo desprenda calor o se enfríe? De acuerdo a la gráfica notamos que el cuerpo absorbe calor cuando la variación de la temperatura de la naftalina es positiva; es decir su temperatura aumenta hasta llegar a su punto de ebullición. En ese instante se quita el flujo de calor al cual fue sometida la naftalina, la temperatura empieza a disminuir (variación negativa) y la naftalina libera el calor absorbido antes, a fin de obtener una temperatura de equilibrio con el ambiente. Indique en que instante y a que temperatura se realiza el proceso de solidificación.

t

T solidifica

90 seg.

ción

79.5°C

-5-

UNMSM


-6-

UNMSM


ANEXO 1 Muestra de 400 ml 90

80

Punto de Fusión

70

Punto de Solidificación 60 ) T ( 50 a r u t a r e p m40 e T

30

20

10

0 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

tiempo (t) Comportamiento de la Naftalina

-7-

UNMSM


Segunda Parte:

7. Repita el mismo procedimiento anterior pero con 100 ml. de agua en el pirex, caliente hasta que la temperatura de la naftalina fundida se aproxime a 100°C.

mnaftalina

2.6 g

vagua

100 ml

Tabla 2 # de Medidas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

t (s) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720

T (°C) 23 26 31.5 40.5 48 51.5 64 70 77 83 88 91 93.5 96 97 97.5 98 98.5 98.5 98.5 98.5 98.5 98.5 98.5 98.5

T N (°C) 23 23.5 24.5 25.5 28 30.5 35 39.5 44 49 55 59.5 66 72.5 79 82.5 87 89 92 93.5 94 94.5 95 95.2 95.6

-8-

UNMSM


m

'

v

T

'

2.2 g

naftalina

'

52.5 ml

agua

(en el mismo proceso)

agua

98.5°C

T fusión

82.5°C

t '

T solidifica

140 seg. 84°C

ción

8. Retire el tubo de prueba y deje 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 líquida cuando se tome la lectura. Describa sus observaciones. Tabla 3 # de Medidas 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

t (s) 720 750 780 810 840 850 870 900 930 960 990 1020 1050

T N (°C) 95.6 91 89.5 87 85 81.5 81 80 78.5 77 75.5 73 70.5

(Ver Anexo 2 en la siguiente pagina)

Se logra observar que la temperatura no varía cuando la naftalina empieza a solidificarse, esto es debido a que se libera cierta cantidad de calor para cambiar de líquido a sólido. La temperatura de la naftalina cuando empieza enfriarse es una función lineal respecto al tiempo (salvo en el cambio de fase). -9-

UNMSM


ANEXO 2 Muestra de 100 ml 120

100

80 ) T ( a r u t a 60 r e p m e T

Punto de Fusión

Punto de Solidificación

40

20

0 0

200

400

600

800

1000

1200

tiempo (t) Comportamiento de la Naftalina

- 10 -

UNMSM


9. Interrumpa el experimento cuando la temperatura este próxima a 70°C. ¿Es posible determinar la cantidad de calor por unidad de tiempo que se desprende en el proceso de solidificación? Si es posible. Se sabe:

∆Q = m Ce ∆T

.

.

Si dividimos entre ∆ t: ∆Q ∆t

=

m.Ce .∆T ∆t

Esto se puede hallar porque tenemos como dato: masa, Ce teórico,∆ T y ∆ t. ¿Por qué el punto de fusión y solidificación coinciden durante la solidificación? Esto es debido a que durante el calentamiento del agua, la naftalina poco a poco fue adquiriendo calor, a medida que el agua se iba calentando la naftalina absorbía cada vez más calor. El calor absorbido por la naftalina aumenta la dinámica de las partículas y disminuye la fuerza intermolecular entre estas generándose así la fusión. Después de ello se saca el flujo de calor al cual fue sometida el agua, consecuentemente se quita el calor suministrado a la naftalina del tubo de ensayo. En esta instancia la naftalina empieza a liberar el calor absorbido, dándose un proceso inverso a la fusión, con el fin de obtener el equilibrio termodinámico ( naftalina-medio ) y volver a su estado sólido inicial. “El calor ganado o absorbido es igual al calor disipado o entregado en un cuerpo”. 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 .

- 11 -

UNMSM


Si el punto de solidificación de la naftalina se considera 80°C ¿A qué se debe la diferencia observada en la gráfica? La diferencia observada en la gráfica es debida a que la naftalina no va a generar un proceso eficiente al absorber o liberar el calor porque el sistema no se encuentra aislado, es por ello que existe un error. Otro factor importante es por la destreza del operador en la toma de la temperatura y el tiempo, así como también el que el calor entregado al agua nunca va a ser continuo, siempre existe discontinuidad.

V. TAREA 1.-Explique en que consiste la fusión franca y fusión pastosa.

La fusion franca y la pastosa es un proceso que se dan ala vez esto hace referencia cuando la geometria del solido por ejemplo la naftalina que tiene cristales en su estructura cuando estos cambian de estado solido a liquido, es decir dejan de ser cristales ocurre este proceso de fusion.

2.-¿Cuáles son las posibles fuentes de error? •

El suministro de energía térmica por unidad de tiempo no fue exactamente constante.

•

Errores de paralaje

•

Las condiciones ambientales

•

Las malas condiciones en que estaban los tubos de ensayo (algunos residuos), que afectaron de alguna manera en las propiedades de la naftalina.

- 12 -

UNMSM


VI. CONCLUCIONES •

La naftalina es un sólido blanco que cambia de fase rápidamente, pasa del estado liquido al estadio sólido debido a que las moléculas pierden energía cinética muy rápido puesto que la naftalina tiene a igualarse con la temperatura del ambiente (cumpliéndose “la ley cero de la termodinámica”).

•

La temperatura de la naftalina aumenta normalmente hasta alcanzar el punto de fusión donde permanece constante.

•

En el proceso de solidificación la cantidad de calor por unidad de tiempo se mantiene un poco variable.

VII. OBSEVACIONES Y RECOMENDACIONES

•

•

Colocar una cantidad moderada de Naftalina en el tubo de ensayo, que entre sin estar apretado y al ser colocado en baño Maria el agua tapa toda la masa de a naftalina. La cantidad de naftalina no debe sobrepasar el nivel de agua en el pirex ,porque la parte que sobrepasa este nivel, no logra cambiar de estado

•

Medir la temperatura de la naftalina liquida dentro del tubo de ensayo, sacar con cuidado el termómetro este podría romperse.

•

Al poner tubo de ensayo en el recipiente, usando la agarradera no ajustar demasiado el tubo de ensayo, podría rajarse o quebrarse pudiendo terminar en el agua hervida rompiéndose.

•

Tratar no tener mucho contacto con la naftalina este sólido desprende un olor muy toxico provocando nauseas u otros malestares que no solemos contraer.

- 13 -

nafta 2 (2)

Recommend Documents