Determinación del calor de fusión del agua

Termodinámica. Entalpía. Calor. Calorímetro adiabático Parr a presión constante. Punto de fusión y punto de ebullición del agua

  • Enviado por: Federico Hasbach Melchor
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 17 páginas

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PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA EN LA DETERMINACION DEL CALOR LATENTE

OBJETIVO

Determinar el calor de fusión del agua utilizando un

Calorímetro adiabatico Parr a presión constante.

Dibujar el diagrama de fases del agua indicando las zonas y líneas respectivas para ubicar un proceso aproximadamente.

CONSIDERACIONES TEORICAS

Calor.- Es la forma de energía debida ala agitación de las moléculas que constituyen una sustancia. Los efectos físicos más importantes relacionados con la variación del calor de los cuerpos son los cambios de estado y de volumen, las variaciones de temperatura y diversos efectos eléctricos como la variación de la resistencia.

Calorimetría. - Para que una reacción química pueda estudiarse en un calorímetro, ésta debe de ser suficientemente rápida como para que el intercambio de calor entre el calorímetro y los alrededores pueda despreciarse durante la reacción. Además, es preferible que la reacción sea completa para no tener que analizar la mezcla y determinar la cantidad de materia que ha reaccionado.

Calor latente.- Es una cambio de entalpia acompañado de una cambio de fase a temperatura y presión constante.

Calor de fusión.- Debido a que las moléculas estarán mas fuertemente enlazadas en el estado sólido que en estado liquido, se requiere calentar para provocar la transición de fase sólido - liquido. La energía por lo general en kilojoules que se requiere para fundir un gramo de un sólido se le llama calor de fusión.

Cp.- Es el cambio de entalpia con la temperatura a presión constante.

Cv.- Es la velocidad de cambio de la energía interna con la temperatura a volumen constante.

¿En función de que variable se expresa la Cp?

En función de la temperatura.

El diagrama de fases del agua nos muestra una gráfica la cual se divide en tres regiones cada una de las cuales representa una fase pura. La línea de separación entre dos regiones indica las condiciones en las cuales estas dos fases pueden existir en equilibrio.

El punto en donde las tres curvas coinciden se llama punto triple. Para el agua este punto es de 0.01°C y 0.006atm. Esta es la única condición en la cual las tres fases pueden estar en equilibrio entre sí.

El diagrama de fases de agua permite predecir los cambios en los puntos de fusión y puntos de ebullición de una sustancia como resultado de cambios en la presión externa; también se pueden anticipar las direcciones de las transiciones de fase provocadas por cambios en la temperatura o presión.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

1. - Se nos proporciono un calorímetro adiabatico Parr el cual se nos indico como utilizarlo.

2. - En un matraz volumétrico se le agrego agua hasta llegar a un volumen de dos litros.

3. - Este volumen de agua se le agrego al calorímetro.

4. - Se peso una masa de hielo aproximadamente tres cubos y le agregaron al calorímetro.

5. - Se puso en marcha el calorímetro.

6. - Se toma una temperatura inicial y una final antes y después del hielo respectivamente.

7. - Se tira el agua se lava el material y se entrega.

MATERIAL Y SUSTANCIAS UTILIZADAS

Un calorímetro adiabatico Parr.

Un matraz volumétrico.

Un termómetro.

Agua.

Tres cubos de hielo.

ESQUEMA DEL EQUIPO UTILIZADO

Calorímetro adiabatico Parr

Matraz Termómetro

DESCRIPCION DE LA EXPERIMENTACION

1. - En primer lugar el profesor nos enseño todas las partes en las que se compone un calorímetro y nos enseño a armarlo para poder así iniciar la experimentación.

2. - Después nosotros con la ayuda del matraz tomamos un volumen de dos litros que posteriormente nos iba a ser útil en la experimentación.

3. - La introducimos al calorímetro y lo pusimos a andar después de dos minutos tomamos la temperatura que seria la inicial.

4. - Mientras otros compañeros pesaban la masa del hielo que se nos había proporcionado momentos antes por el profesor.

5. - Después esa misma masa de hielo se le agrego al calorímetro específicamente al agua que estaba contenida en él.

6. - Posteriormente se puso en funcionamiento el calorímetro por espacio de cinco minutos o hasta que se disolviera el hielo.

7. - Se tomo la temperatura que en este caso será la final.

8. - Se desecha el agua y se limpia el material para posteriormente entregarlo al profesor.

TABLA DE DATOS ADICIONALES

Masa del vaso

Masa del caucho

Volumen anular

T inicial del hielo

980 g

23 g

2 lt

0°C

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

T inicial

T final

M bruta

M tara

M hielo

21.2°C

18.1°C

77.9 g

8.5 g

69.4g

TABLA DE ECUACIONES

CALCULO

FORMULA

UNIDADES

Masa del agua

DH2O(V H2O)

Gramos

Tem. Promedio

Ti+Tf/2

K o °C

Q agua

N (Cp)(Tf-Ti)

Joules

Q calorímetro

Qcu+QZn+Qcau

Joules

Masa Cu

.65(ML)

Gramos

Cp Cu

5.44+.01462T

Cal/mol°C

N Cu

Mcu/ MMCu

g/mol

Q Cu

Ncu CpCu(Tf-Ti)

Calorías

Masa Zn

0.35(ML)

Gramos

N Zn

M Zn/MM Zn

g/mol

Cp Zn

5.25+.0027T

Cal/mol°C

Q Zn

NZnCpZn(Tf-Ti)

Calorías

Q caucho

MC(CpC)(Tf-Ti)

Cal/g°C

N aire

PV aire/R Tf

Moles

Q aire

NaCPa(Tf-Ti)

Joules

N hielo

MH/MMagua

Moles

Qs

Ns(Cps)(Tf-0)

Joules



-Qh-Qc-Qa-Qs/masa hielo

Joules/gramo

CALCULOS

Calcular el calor perdido por el agua

Densidad el agua a 21.2°C =.9979g/ml

Magua=2000ml(.9979g/ml)= 1.9958kg

Cp del agua a temperatura promedio:

294.35K+291.25K

2

Temperatura promedio = 292.8K

Cp = 3.470+1.450 ³(292.8k)+0.121 (292.8 ²)

R

Cp= 4.0357 (8.314) = 33.552 J/mol K

N = m/MM = 1995.8 gramos

18g/mol

N= 110.877 mol

Q agua = 110.877 mol (33.552 J/mol k)(291.25-294.35K)

Q agua = -11532.5307 joules

Calcular el calor perdido por el calorímetro:

Calculo del calor del cobre:

M cu =.65(980g) =637g

Cp Cu = 5.44+.01465(292.8K)

Cp Cu =9.729 cal/mol °C

N Cu = 637g = 10.025 mol

63.54g/mol

Q Cu = 10.025 mol (9.72952 cal/mol °C)(18.1°C - 21.2°C)

Q Cu =-302.369 cal

-302.369 cal l joule = -1314.30565 joules

.23006cal

Calculo del calor del Zn

M Zn = .35 (980g) =343 g

N Zn = 343 g =5.247 mol

65.37 g/mol

Cp Zn = 5.25+0.0027(292.8K)= 6.040 cal/mol °C

Q Zn = 5.247 mol(6.040 cal /mol °C)(18.1°C- 21.2°C)

Q Zn = -98.253 cal

-98.253 cal 1 joule = -427.0796 joules

.23006cal

Calor del caucho:

Cp caucho = .415 cal/g °C

Q caucho = 23 g (0.415cal /g °C) (18.1°C-21.2°C)

Q caucho = -29.5895 cal

-29.5895 cal 1 joule =-128.616 joules

.23006cal

Calor total del calorímetro:

Q Cu + Q Zn + Q caucho

-1314.3056J + (-427.0796j) + (-128.616J)

Q cal= -1870 J

Calcular el calor del aire

N aire = PV aire

R Tf

585 mm Hg 1 bar =.77993 bar

750mm Hg

.77993 bar 100000 Pa = 7.7993 Pa

1 bar

N aire = 7.7993 Pa (.002m³) = 0.0644 mol

  • (291.25 K)

  • Cp/R= 3.355+.575 ³ (292.8K)+(-.016 )(292.8 ² K )

    Cp = 29.138 J/mol K

    Qaire=.0644mol(29.138J/molK)(291.25K-294.35K)

    Qaire= -5.8171 J

    Calculo del calor sensible del hielo

    N hielo = 69.4 g =3.855 mol

    18 g/mol

    Cp/R = 3.470+ 1.450 ³ (145.625K)+(.121 )(145.625³ K)

    Cp = 35.3489 J/mol K

    Qs = 3.855 mol(35.3489 J/mol K)(291.25 K)

    Qs = 39688.64 joules

    Calcular el calor latente de fusión del hielo:

     = - Q agua-Qcal-Qaire-Qs

    masa hielo

     = -(-11532.5307J)-(-1870J)-(-5.8171J)-(39688.64J)

    69.4 gramos

     = -378.678 J/g

    Para verificar que los cálculos estén bien:

    Qagua +Qcal + Qaire +Mh  + Qs = 0

    -11532.5307J +(-1870J) +(-5.8171J) +((69.4g)(-378.678J/g)) + 39688.64 J= 0.03

    TABLA DE RESULTADOS

    COMPUESTO

    MOLES

    Cp

    Q

    AGUA

    111.08

    33.55 J/M K

    -11532.530J

    COBRE

    10.025

    5.868 cal/m°C

    -1314.305 J

    ZINC

    5.247

    13.15 cal/m°C

    -427.0796 J

    AIRE

    0.0644

    29.138 J/M K

    -5.8171 J

    CAUCHO

    23 gramos

    .415 cal/m°C

    -128.616 J

    Q CALORÍMETRO

    -1851.01 JOULES

    

    -378.678 J/G

    GRÁFICA DEL PUNTO TRIPLE

    'Determinación del calor de fusión del agua'

    ANÁLISIS DE RESULTADOS Y GRÁFICA

    En los resultados obtenidos se puede observar que era sencillo por lo general todos los cálculos eran pura sustitución

    aritmética lo cual no era muy complicado pero en los resultados se puede observar que todo salió como se esperaba por que cuando se hizo la comprobación de los calores para ver si daban cero el resultado vario muy poco creo que era .03 que en realidad es cero creo que lo mas difícil de estos cálculos era encontrar algunos valores de su capacidad calorífica para realizar los cálculos correspondientes.

    En lo que corresponde sobre la gráfica estuvo muy fácil de realizar por que también teníamos que investigar a que temperatura estaba el punto triple y a que presión para poder de ahí nosotros tomar una guía para poder empezar a gráficar nuestra temperatura final. Pero en la gráfica se puede observar que presión y que temperatura se necesitan para que siga siendo un liquido y en que momento puede cambiar a vapor o a sólido.

    CONCLUSION

    A la conclusión que en lo personal yo llegue es que esta practica nos fue muy útil para saber calcular una perdida de calor cuando se mezclan dos sustancias en este caso agua con hielo y para conocer algunas de sus propiedades así como se comporta en una gráfica y ver que tan alejado queda del punto triple pero en realidad esta practica estuvo muy sencilla pero muy laboriosa por la serie de cálculos e investigaciones que se tuvieron que realizar. Lo que mas trabajo nos costo encontrar para realizar el calculo del calor perdido por el caucho fue su capacidad calorífica ya que no la encontramos en la bibliografía proporcionada por el profesor.

    RECOMENDACIONES SOBRE LA PRACTICA

    La principal recomendación sobre esta practica es que deberíamos de ser menos integrantes por lo menos tres ya que en esta ocasión fuimos ocho y esto no es muy conveniente por que no todos tienen la oportunidad de experimentar correctamente y por lo tanto no entender bien la practica.

    BIBLIOGRAFIA

    Química

    Raymond Chang

    Mc Graw Hill

    1998

    Manual del Ingeniero Quimico

    Perry

    Enciclopédia Tematica Encarta

    Microsoft

    1999

    I

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    'Determinación del calor de fusión del agua'

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