cambio de entalpÃa de fusiÃ“n del hielo

Velázquez Salazar M. Esperanza Laboratorio de Termodinámica Grupo: 2

CAMBIO DE ENTALPÍA DE FUSIÓN DEL HIELO (CALOR LATENTE DE FUSIÓN DEL HIELO) RESULTADOS

1ª DETERMINACIÓN DE LA K CONSTANTE DEL DEWAR

Balance de Energía determinación de la K

𝐾 𝐷𝑒𝑤𝑎𝑟 = 𝑚*+, -./01231(°𝑇*+, 17 − °𝑇*+9 -./01231)

(°𝑇17 − °𝑇*+9 ;<í.)− 𝑚*+9 ;<í.𝐶1?@.

𝐾 =100 𝑔 1 𝑐𝑎𝑙𝑔 °𝐶 74°𝐶 − 44°𝐶

44°𝐶 − 22.1°𝐶− 100𝑔 1

𝑐𝑎𝑙𝑔 °𝐶

Constante del Dewar= [K]

36.98 cal/ °C

2ª DETERMINACIÓN DEL CALOR LATENTE

Masa H2O 6 °C arriba T amb= 125 g Masa hielo= 24.4 g

Masa H2O fría Masa H2O caliente

°T H2O fría °T H2O caliente

°T H2O equilibrio

100 g 100 g 22.1 °C 74 °C 44.0 °C

Datos H2O en Dewar Tiempo (s) T (°C)

30 22.4 60 22.4 90 22.3 120 22.2 150 22.2 180 22.1 210 22.1 240 22.1 270 22.1 300 22.1 330 45.9 360 45.6 390 45.5 420 45.3

Datos H2O+Hielo en Dewar

Tiempo (s)

T (°C)

5 31.3 10 31.3 20 31.3 30 17.6 60 17.5 90 17.9

120 18.1 150 18.2 180 18.2

%Error Experimental= 8.71 %


CAMBIO DE ENTALPÍA DE FUSIÓN DEL HIELO (CALOR LATENTE DE FUSIÓN DEL HIELO)

Manejo de datos. � Con los datos obtenidos, trazar una gráfica de temperatura vs. tiempo. (Utilizar papel milimétrico).

0

10

20

30

40

50

60

0 100 200 300 400 500 600 700

Temperatura (°C)

Tiempo (s)

Gráfica 1. Temperatura VS tiempo.

450 44.7 480 44.6 510 44.4 540 44.1 600 44

Balance de Energía determinación del Calor Latente

𝛥 =125𝑔 L1 𝑐𝑎𝑙

𝑔 °𝐶M (31.3 °𝐶 − 18.2 °𝐶) + 36.98 𝑐𝑎𝑙𝑔 °𝐶 (31.3 °𝐶 − 18.2 °𝐶)

24.4 𝑔

Δ=86.97 cal/g


CAMBIO DE ENTALPÍA DE FUSIÓN DEL HIELO (CALOR LATENTE DE FUSIÓN DEL HIELO) 2. DETERMINACIÓN DE LA VARIACIÓN DE ENTALPÍA DE FUSIÓN DEL HIELO. � Con los datos obtenidos, trazar una gráfica de temperatura vs. tiempo (en papel milimétrico).

• 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.

𝑄T.2.UVW𝑄-1U0UV

𝑄𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 = 𝑀𝑤𝐶𝑤 (𝑇𝑒𝑞 – 𝑇𝑖) + 𝐾 (𝑇𝑒𝑞 – 𝑇𝑖)

𝑀ℎ𝜆 = 𝑀𝑤𝐶𝑤 (𝑇𝑒𝑞 – 𝑇𝑖) + 𝐾 (𝑇𝑒𝑞 – 𝑇𝑖)

𝛬 = 125𝑔 1𝑐𝑎𝑙

𝑔°𝐶 31.3°𝐶 − 18.2°𝐶 + 36.98 𝑐𝑎𝑙𝑔 º𝐶 31.3º𝐶 − 18.2º𝐶

24.4 𝑔

= 86.97 𝑐𝑎𝑙/𝑔

El valor teórico del calor latente de fusión del agua reportado en la literatura es de 80 cal/g.

31.331.3 31.3

17.6 17.5 17.9 18.1 18.2 18.2

0

5

10

15

20

25

30

35

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Tempe

ratura (°C)

Tiempo (s)

Gráfica 2. Temperatura VS tiempo (Calor latente de fusión del hielo).



%𝐸 =86.97 − 80

80.0∗ 100 = 𝟖. 𝟕𝟏 %

• ¿Qué fuentes de error han intervenido en esta determinación? El error experimental se puede atribuir a varios factores como una determinación errónea de la constante del calorímetro, al igual que la determinación de la masa del hielo ya que al pesar se pueden presentar pérdidas del mismo, así como en la transferencia al Dewar. • ¿Por qué es necesario secar el hielo con una toalla antes de añadirlo al agua? Porque si no se secara el hielo, este tendría una pequeña cantidad de agua por lo que afectaría al determinar el calor latente de fusión del hielo. (Y esto contribuiría en nuestro error experimental). Esto se relaciona y afecta a la temperatura. • ¿Por qué es necesario que la temperatura inicial del agua sea superior a la temperatura ambiente al iniciar el experimento? Porque si la temperatura no se elevara por arriba de la temperatura ambiente, se corre el riesgo de que al momento de introducir el hielo este no se fusionara en su totalidad en el agua por lo que quedaría un trozo de hielo flotando y no se alcanzaría un equilibrio entre ambos. • ¿Cómo se podría mejorar la determinación? Tomando mejores precauciones al determinar la masa del hielo y asegurarse de elevar la temperatura lo suficiente según el hielo. ANÁLISIS DE RESULTADOS. La Grafica 1 obtenida a partir de la determinación de la constante del calorímetro nos muestra una variación respecto a la línea de tendencia lineal trazada, por lo que puede ser un factor importante que afecte la determinación del valor del calor latente de fusión del hielo. En la Gráfica 2 podemos observar que la temperatura inicial fue de 31.3 °C mientras que al agregar el hielo la temperatura fue bajando y se registró de 17.6 °C por lo que se consideró como la mínima (porque fue el punto mínimo que se obtuvo). Pasando los tres minutos se volvió a registrar la temperatura que fue de 18.2 °C (fue subiendo poco a poco hasta alcanzar un equilibrio) la cual se mantuvo constante y se consideró como la temperatura de equilibrio. CONCLUSIONES

Se concluye que el valor obtenido para el calor latente de fusión del hielo en la experimentación (86.97 𝑐𝑎𝑙/𝑔), respecto al reportado en la literatura (80 cal/g) es


CAMBIO DE ENTALPÍA DE FUSIÓN DEL HIELO (CALOR LATENTE DE FUSIÓN DEL HIELO) muy bueno ya que se obtiene un error experimental del 8.71 % esto se puede atribuir a que se tomaron las precauciones indicadas y a un buen proceso de medición.

BIBILIOGRAFÍA: • CASTELLAN W. Gilbert. Fisicoquímica. Entalpía. Segunda edición. Editorial Fondo Educativo Interamericano, S.A. México 1976. P 123-127.

• GRAN ENCICLOPEDIA ILUSTRADA CÍRCULO. Círculo de Lectores. Química. Entalpía. Cuarta edición. Editorial Drago. Barcelona 1988. P 92-94.

• LEVINE N. Ira. Fisicoquímica. Entalpía. Cuarta edición. Volumen 1. Editorial Mc Graw Hill. Madrid 1996. P 52-53, 121-122. ACTIVIDADES SUGERIDAS PARA COMPLEMENTAR EL TEMA DE ENTALPIA

DE FUSION 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?

Si, el agua en el que se moja la toalla esta en un punto cercano a la solidificación, se debe a que el calor que llegue a absorber el agua no hará variar su temperatura porque el calor en ese punto es latente.

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?

Lo absorben, ya que el estado gaseoso supone una mayor energía que el sólido, deben absorberlo para llegar a ser gaseosos.

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%?

a) Cero grados Celsius.

b) Cero grados Celsius, se está produciendo un cambio de fase, no hay cambio de Temperatura

4. Una persona que usa lentes observa que se empañan cuando en un día frío pasa de una habitación caliente al exterior. ¿Por qué?

Cuando hace frio hay partículas sólidas de agua suspendidas en el aire, cuando estas entran en contacto con los lentes que están a una temperatura caliente, como la del interior, cambian de estado en seguida y empañan los lentes.


CAMBIO DE ENTALPÍA DE FUSIÓN DEL HIELO (CALOR LATENTE DE FUSIÓN DEL HIELO) Problemario

1. Se coloca la misma cantidad de agua a 60 °C en dos recipientes adiabáticos. Se añade un poco de hielo a uno de ellos e igual masa de agua a 0 °C al otro. ¿Cuál de las dos mezclas alcanzará menor temperatura? ¿Por qué?

Al que se le agrego hielo, porque el hielo requiere energía para alcanzar el cambio de estado, más el calor latente que absorbe, más el aumento de temperatura cuando se llega al equilibrio, en cambio el agua ya líquida aumenta su temperatura directamente.

2. Se suministran 2880 Btu a 30 lb de hielo a 32 °F. ¿Cuánto hielo queda sin fundir?

Calor latente: 334,4 kJ/kg a 0 ºC 2880 Btu = 3038.56086 kJ

30 lb = 13.6077711 kg 32°F = 0 °C

m= (-Q/L) + mi = -9.0866 + 13.6077 = 4.5310 kg

4.5310 kg de hielo no se alcanzaron a fundir

3. Se coloca un cubo de hielo a 0 °C en 500 g de agua a 60 °C. La temperatura final es de 18 °C. ¿Cuál era la masa del cubo de hielo?

Se puede plantear que le energía absorbida por la masa de hielo hasta alcanzar el estado de agua a la temperatura de 18°C es la misma energía que cede la masa de agua en pasar de 60° a 18°C.

Entonces se tiene que:

m calor latente de fusión de hielo + m calor específico del agua (18° - 0°) = 0,5kg calor específico del agua (J/kg °C) (60° - 18°)

m (calor latente de fusión hielo (J/kg) + 18° calor específico del agua) = 0,50kg

calor específico del agua 42°C

Despejar la masa m de hielo m= 214 g de hielo

4. Una muestra de 15 cm3 de cierto líquido se calienta y la variación de la temperatura en función del tiempo se representa en la figura 1.



5. Si se calienta el doble de volumen (30 cm3) del mismo líquido, ¿cuál de los siguientes gráficos de calentamiento se obtendrá?

Se obtendrá el D, porque el comportamiento es el mismo pero dado que el volumen del líquido es el doble, el aumento de temperatura será de la mitad (porque al ser mayor el volumen tardaría un poco más en calentarse el agua).

cambio de entalpÃa de fusiÃ“n del hielo

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