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EXPERIMENTO Nº6                           CALOR DE FUSION DEL HIELOOBJETIVOS   1. Comprobar que los cambios de estados se ...
distintos) a diferentes temperaturas, de manera que una de ellas ceda calor a la otra y latemperatura del equilibrio final...
MATERIALESVasoquímico                    Termómetr                           o             Calorímetro               Hielo...
PROCEDIMIENTOSCalibración del calorímetro                                     Medir 200mL de                      Leer t1....
RESULTADOS  Peso del          T1 del     Peso del calorímetro +   T2 del agua      T3 del        Peso en el calorímetro   ...
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DISCUSIÓNEn esta experiencia se realizaron dos procedimientos, uno para calibrar el calorímetro queutilizaríamos y otro pa...
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CONCLUSIONES En nuestra experiencia comprobamos la temperatura constante o en equilibrio luego   de un cambio de estado, ...
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BIBLIOGRAFÍA1. Calor latente. (s.f).Wikipedia. Recuperado el 12 de octubre de 2012, de   http://es.wikipedia.org/wiki/Calo...
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Lab calor de fusion del hielo

  1. 1. Universidad Autónoma de Chiriquí Facultad de Medicina Escuela de Medicina Laboratorio de Físico Química 235 Laboratorio Nª 6 Calor de fusión del hielo Profesora: Beverly RojasProfesor Asistente: William De Gracia Estudiantes: Arauz Leticia 4-755-1502 Morales Lidenis 4-766-2414 Osorio Guadalupe 9-739-1827 Santamaría Angelis 4-762-1557 II Segundo año de Medicina II Semestre 15 de octubre de 2012
  2. 2. EXPERIMENTO Nº6 CALOR DE FUSION DEL HIELOOBJETIVOS 1. Comprobar que los cambios de estados se producen a temperaturas constantes. 2. Analizar los procesos termodinámicos asociados a cambios de estados. 3. Determinar el calor latente de fusión del hielo.RESUMENEn esta experiencia se logro determinar el calor de fusión del hielo empleado uncalorímetro para el cual calibramos el calor de específico, a partir de este procedimiento serealizaron tres medidas de peso y temperatura en equilibrio de la mezcla de hielo y agua,finalmente mediante los cálculos se obtuvo un valor de 332 x103 J/Kg para el calor defusión del hielo, al comparar este resultado con el valor teórico que corresponde a 334 x103J/Kg se aprecia una medida bastante exacta con bajo porcentaje de error.MARCO TEORICOEl 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). Cuandose aplica calor al hielo, va ascendiendo su temperatura hasta que llega a 0 °C (temperaturade cambio de fase), a partir de entonces, aun cuando se le siga aplicando calor, latemperatura no cambia hasta que se haya fundido del todo. Esto se debe a que el calor seemplea en la fusión del hielo.Una sustancia experimenta un cambio de temperatura cuando absorbe o cede calor alambiente que le rodea. Sin embargo, cuando una sustancia cambia de fase absorbe o cedecalor sin que se produzca un cambio de su temperatura. El calor Q que es necesario aportarpara que una masa m de cierta sustancia cambie de fase es igual a: Q=mL, donde L sedenomina calor latente de la sustancia y depende del tipo de cambio de fase. Para que elagua cambie de sólido (hielo) a líquido, a 0ºC se necesitan 334000 J/kg o 334 kJ/kg. (1)Una de las formas de determinar el calor latente de cambio de estado es por el método delas mezclas. Consiste en mezclar dos sustancias (o una misma en dos estados de agregación
  3. 3. distintos) a diferentes temperaturas, de manera que una de ellas ceda calor a la otra y latemperatura del equilibrio final es tal que una de ellas al alcanzarla, realiza un cambio deestado. Una condición importante es que no haya pérdidas caloríficas con el medio exterior.Se ha de tener en cuenta la cantidad de calor absorbida por el calorímetro, por medio de suequivalente en agua K.Este experimento se realiza con agua a una temperatura superior a 0ºC e inferior a 100ºCportanto en estado líquido, y con hielo fundente a 0ºC. Si M es la masa inicial de agua, en estecaso la sustancia caliente y m es la masa del hielo fundente y K el equivalente en agua delcalorímetro; T0 la temperatura del agua y calorímetro, antes de la mezcla, T la temperaturafinal del equilibrio, c el calor específico del agua líquida, que tomaremos como (1,0 ± 0,1)cal/gºC y L el calor latente de fusión del agua, valor que queremos determinar, un simplebalance energético conduce a: Mc (T0 –T) + K( T0 –T) = mL + mc (T −0) Q cedido = Q absorbidoDonde: (2)
  4. 4. MATERIALESVasoquímico Termómetr o Calorímetro HieloProbetaBalanza Plancha
  5. 5. PROCEDIMIENTOSCalibración del calorímetro Medir 200mL de Leer t1. Colocar en Pesar el calorímetro agua a temperatura el calorímetro y ambiente. pesar. Medir 100mL de Transferir el agua al agua caliente a Calcular Ce del calorímetro agitar. aproximadamente calorímetro. Leer t3. 70 C leer t2.Calor latente de fusión del hielo Pesar el calorímetro Pesar el Medir la Pesar el hielo con 250 mL de calorímetro temperatura transferir al agua. Leer la vacio. del hielo (t2). calorímetro. temperatura (t1). Realizar Medir la Repetir 3 temperatura de cálculos. veces equilibrio (t3).
  6. 6. RESULTADOS Peso del T1 del Peso del calorímetro + T2 del agua T3 del Peso en el calorímetro agua fría agua fría caliente °C equilibrio °C equilibrio °C5.23g 24.0°C 193.04g 70 °C 41°C 285.855.29g 23.0°C 191.14g 70°C 39°C 287.585.28g 23.3°C 189.04g 70°C 40°C 287.23Promedio:5.27g 23.4°C 191.07g 70°C 40°C 286.89gPara calcular el calor específico del calorímetro se utiliza: Dónde: masa final – (masa H2O fría + calorímetro) (masa H2O fría + calorímetro) - masa calorímetro = T3-T2 = =T3-T1 masa final – (masa H2O fría + calorímetro) 286.89g-191.07 = 95.82g (masa H2O fría + calorímetro) - masa calorímetro 191.07g-5.27g =185.8g = T3-T2 = |70-40|= 30°C = =T3-T1 = =40-23.4=16.6°C
  7. 7. Peso del T1 del Peso del T2 del T3 en Peso del Peso encalorímetro agua calorímetro hielo equilibrio hielo equilibrio fría °C + agua fría5.29g 24°C 246.29g 0°C 15 °C 267.89g 267.85-246.27=5.29g 24°C 246.44g 0°C 15°C 268.68g 21.6g5.28g 23°C 246.10g 0°C 16°C 266.98gPromedio:5.29g 24°C 246.27g 0°C 16°C 267.85gDonde:T3-T2=|313-343|= 30T3-T1 =|297-289|=8 masa final – (masa H2O fría + calorímetro) 286.89g-191.07 = 95.82g (masa H2O fría con hielo + calorímetro) - masa calorímetro 246.27-5.29=240.98gPorcentaje de error:
  8. 8. DISCUSIÓNEn esta experiencia se realizaron dos procedimientos, uno para calibrar el calorímetro queutilizaríamos y otro para obtener l calor de fusión del hielo, en cada uno se realizaron tresrepeticiones para obtener un promedio obteniéndose en la primera de calibración delcalorímetro un valor de que corresponde al calor especifico del calorímetroes decir la cantidad de calor que es capaz de mantener el aparato. En este caso el cambiode temperatura experimentado por un objeto cuando absorbe cierta cantidad de energía estácontrolado por su capacidad calorífica, así, Cuando un sistema con una masa m1, se poneen contacto con un sistema con una masa m2, donde m1> m2, que está a diferentetemperatura, fluye calor entre ellos hasta alcanzar una temperatura de equilibrio próxima ala del sistema de masa mayor; se dice entonces que una cantidad de calor ΔQ se transfieredesde el sistema de mayor temperatura al sistema de menor temperatura, de esta forma secalibra el aparato a utilizar.Un calorímetro a presión constante como el que utilizamos refleja en realidad el valor de laentalpia o medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistematermodinámico, cuando la entalpia se realiza en procesos de cambio de estado se ledenomina calor de fusión o calor de vaporización dependiendo del estado en el que seencuentra o que se realice el proceso. En este caso buscábamos la entalpía de fusión delhielo o calor “latente” de fusión, conocemos que es la cantidad de calor necesaria parapasar la unidad de masa de hielo del estado sólido al líquido a la temperatura de fusión delmismo. Si la presión bajo la cual se produce el cambio de fase se mantieneconstante e igual a 1 atmósfera, la temperatura de fusión también se mantiene constante yes igual a 0ºC. Lo que sucede es que cuando el hielo se funde la ganancia de energía seconvierte en trabajo de contracción de volumen pues el hielo es más denso que el agua a lamisma temperatura y en este proceso se tiende a aumentar la entropía. Cuando una masa dehielo cambia de estado sólido al líquido, a presión y temperatura constantes, absorbe de suentorno una energía igual a:
  9. 9. = 79 kcal/kg = 333.5 kJ/kg que es el valor teórico de la experienciaLo que realizamos fue mediciones de cómo variaba la temperatura de la mezcla de agua yhielo cuando éste se funde.Y como no queremos poseer intercambios de calor con el entorno se realiza la prueba en elcalorímetro previamente calibrado, de forma que cuando colocamos un líquido atemperatura distinta de la suya, el calorímetro absorbe (o cede) algo de calor. Este calor seobtiene por la variación de temperatura que se registra con un termómetro, esta variacióndebe medirse cuando se alcanza la temperatura en equilibrio.De esta manera obtuvimos un valor de que comparado al valor teórico arrojóun porcentaje de error de 0.45%, esto nos demuestra que la experiencia se realizócorrectamente.
  10. 10. CONCLUSIONES En nuestra experiencia comprobamos la temperatura constante o en equilibrio luego de un cambio de estado, esto fue al colocar el hielo (estado sólido) dentro del agua a temperatura ambiente y que luego de ocurrir el cambio de estado a líquido, la temperatura se mantuvo constante o en equilibrio, esto lo podemos explicar desde el punto de vista de la energía en forma de calor que se transmite a un cuerpo y que sirve para elevar su temperatura, Cuanto más calor, mayor temperatura adquiere el cuerpo. También conocemos que la temperatura es una función lineal de la energía menos en cambios de estado, pues una vez que se alcanza una determinada temperatura, si seguimos aumentando la energía, no se logrará elevar su temperatura, sino realizar un cambio de estado: de sólido a líquido (fusión) mientras no haya concluido la transformación, no aumentará la temperatura. En ese período de tiempo, la temperatura permanece constante, aunque el calor sigue aumentando. Es, por tanto, una función definida a intervalos o trozos Durante el cambio de estado que experimentamos se observan varios procesos termodinámicos relacionados, como lo son un proceso isotérmico donde la temperatura se mantuvo constante durante el proceso de cambio de estado del hielo, pues mientras no se completó el cambio de estado la temperatura se mantuvo constante o en equilibrio y esto fue principalmente a la capacidad del calorímetro de
  11. 11. mantener el calor dentro de él es decir de mantener el proceso de forma adiabática o sin transferencia de calor, al estar aislado del entorno. De forma que se pudo evidenciar que el calor absorbido es igual al calor cedido, el cual se manifestó con la diferencia de temperatura en el termómetro. Además de otro proceso que se asumió una presión externa constante es decir isobárico Nuestro último objetivo era determinar el calor latente de fusión del hielo, en donde se pudo comprobar que a través de un gran cuidado y realización del proceso de forma correcta se puede obtener el resultado correcto, la obtención de un valor cercano al real o teórico dependerá, por ende, de la correcta calibración del calorímetro, de la precisión en las mediciones y del error asociado al observador. De tal forma pudimos determinar el calor latente de fusión del hielo como , con un porcentaje de error de 0.45%.
  12. 12. CUESTIONARIO1. ¿En qué sentido se falsearía el resultado de la experiencia si el hielo utilizado noestuviera bien seco?Para que los resultados de la experiencia fuesen validos y próximos a los teóricos eranecesario secar muy bien el hielo antes de agregarlo en el calorímetro con agua ya que de locontrario un mal secado haría que el hielo tuviese agua en su superficie y el calor del agualíquida no se estaba determinando, porque el calor latente de fusión solo se refiere delhielo al agua es decir el calor absorbido por el líquido.2. Compárese el resultado obtenido para el calor de fusión del hielo con su valor real.Estudie las posibles causas de la diferencia existente.R: el valor teórico del calor de fusión del hielo es de 334 KJ/Kg (334000 J/kg), mientrasque el valor experimental obtenido fue de 332 KJ/Kg (332 x103 J/Kg) bastante próximo alteórico. Las causas posibles de las diferencias entre ambos valores se pueden atribuir a: La determinación del calor específico del calorímetro pudo influir en los resultados si esta no fue tan precisa, ya que errores en la agitación de la mezcla pudo alterar la temperatura del sistema. Errores en los instrumentos empleados, ya el calorímetro empleado cada vez que se realizaba una nueva medida su peso variaba por que absorbía agua. Al momento de usar el termómetro en el agua a temperatura ambiente, luego en el hielo y nuevamente en la mezcla pudo alterar la temperatura del sistema. Errores de lectura de temperatura. Además si la temperatura era muy baja había que sacar un poco el termómetro para poder leer la misma. La cantidad de hielo empleado debía ser constante para todas las medidas así como no emplear gran cantidad de hielo, ya que el calor necesario para fundir una cantidad grande es mayor y tardaría mucho más tiempo.
  13. 13. 3. Explique cómo utilizaría el “método de las mezclas” para determinar el calorlatente de vaporización del agua y escriba las ecuaciones correspondientes.El calor latente de vaporización del agua se mide a través del método de mezcla inyectandovapor de agua a una cantidad determinada de agua fría. La condensación del vapor de aguapermite liberación de calor o energía térmica en dos etapas: a. Se libera calor, convirtiendo el vapor en agua (cambio de fase) a una misma temperatura de 100ºC (agua hirviendo). b. El agua hirviendo intercambia calor con el agua fría circundante (transferencia de calor) hasta alcanzar una temperatura final de equilibrio (T final) deteniendo el intercambio de energía en el sistema. De acuerdo a la conservación de la energía este proceso se refiere a que, el calor total liberado por el vapor es igual al calor total absorbido por el agua fría. Ecuaciones correspondientes al proceso: - Qvapor= Qalf Donde: - Qvapor = Qcambio de fase + Qtransferencia de calor Siendo: Qcambio de fase = m vapor L v y Qtransferencia de calor = m vapor Ceagua (Tvapor -Tfinal) Por lo que Qal f = m al f Ceagua (Tfinal –Tinicial)4. ¿La evaporación como tal es un proceso térmico de enfriamiento o decalentamiento?R. La evaporación es un proceso de calentamiento ya que para pasar de estado líquido agaseoso se necesita un aumento de temperatura. Cuando la temperatura aumenta a100ºCpermite que el líquido hierva y pase a estado gaseoso o vaporación.
  14. 14. BIBLIOGRAFÍA1. Calor latente. (s.f).Wikipedia. Recuperado el 12 de octubre de 2012, de http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latente.2. Fusión del hielo. (s.f). Recuperado el 12 de octubre de 2012, de http://bacterio.uc3m.es/docencia/laboratorio/guiones_esp/termo/Fusion_Hielo_Guio n.pdf3. Determinación de la entalpía de fusión del hielo. (s.f). Practica 14. Recuperado el 12 de octubre de 2012, deHttp://www.ucm.es/info/Geofis/practicas/prac14r.pdf

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