Calor latente de fusión

Resumen

En este laboratorio el calor de fusión del agua lo determinaremos tomando un trozo de hielo seco con una temperatura inicial de y vertiéndolo en el calorímetro sistema compuesto por un vaso de aluminio con una masa determinada y agua con una temperatura y una masa inicial determina en un recipiente y con tapa que actúan como aislante térmicos. Después de que el hielo se derrite medimos la temperatura, la cual será la temperatura de equilibrio y medimos la masa del calorímetro con el agua y el hielo derretido con estos datos y los demás datos tomados con anticipación podremos calcular las calorías necesarias para los diferentes procesos al igual que calcular el calor de fusión del agua. En este objeto de aprendizaje se va a tratar el concepto de calor latente de una sustancia. Se sentarán los fundamentos de dicho concepto, y se describirá el denominado método de las mezclas. Este método es un procedimiento sencillo e intuitivo que permite determinar el calor latente de una sustancia. Tras la exposición de su fundamento teórico, se describirá paso por paso el modo de operación en el laboratorio.

Palabras claves: Agitador- Balanza- Calorímetro- Mechero- Probeta- Rejilla - Termómetro - Vaso precipitados de 500 ml

Abstract

In this laboratory the heat of fusion of water will determine him to taking a piece of dry ice with an initial temperature of and pouring in the calorimeter system composed of a glass of aluminum with a given mass and water with a temperature and an initial mass determines in a container and lid acting as a thermal insulator. Once the ice melts we measure the temperature, which will be the equilibrium temperature and measure the mass of calorimeter with water and the ice melted with these data and other data taken in advance we can calculate the calories necessary for different processes to calculate the heat of fusion of water. In this learning object is going to treat the concept of latent heat of a substance. The fundamentals of this concept will sit, and describe the method of mixtures. This method is a simple and intuitive procedure for determining the latent heat of a substance. After the exposure of its theoretical foundation, describe step by step the mode of operation in the laboratory.

. Key words: Shaker- balance- calorimeter- burner- specimen - grid - thermometer - 500 ml beaker beaker

1. Introducción

En este laboratorio encontraremos el calor latente de fusión del hielo. Cuando un sustancia cambia su temperatura ocurre un cambio de estado o de fase. El cambio de fase de una sustancia tiene lugar a temperaturas y presiones definidas. El paso de sólido a gas se denomina sublimación, de sólido a líquido fusión, y de líquido a vapor vaporización. Si la presión es constante, estos procesos tienen lugar a una temperatura constante. La cantidad de calor necesaria para producir un cambio de fase se llama calor latente; Existen calores latentes de sublimación, fusión y vaporización. El calor que se absorbe sin cambiar la temperatura es el calor latente.

Para que una sustancia sufra un cambio de fase sólida a líquida, líquida a gaseosa o viceversa la sustancia debe intercambiar calor con su entorno. No obstante, mientras ocurre el cambio de fase la temperatura de la sustancia permanece constante. La razón, en términos mas o menos simples, es que el calor que se suministra a un sólido que se funde o a un líquido que se evapora, se invierte fundamentalmente en vencer las fuerzas atractivas que unen a las moléculas en el estado inicial. En estos casos se hace necesario disponer de una expresión diferente para calcular la cantidad de calor intercambiada por la sustancia. Esta expresión es: Q = mL. Donde m es la masa de sustancia y L, denominada calor latente, es una constante cuyo valor depende del tipo de sustancia. En este experimento usted determinará el calor latente de fusión Lf para el hielo.

Cuando un cuerpo es calentado por ejemplo, acercandole a una llama, se le proporciona calor, aumenta su temperatura. Durante mucho tiempo se penso que esto era siempre asi Sin embargo, al construirse los primeros termometros, pronto se descubrio que cuando un trozo de hielo es calentado, se funde y la mezcla de agua y hielo que se tiene hasta que todo el hielo funde se encuentra en todo momento a la misma temperatura que el hielo, 0 ◦C. Joseph Black fue uno de los primeros cientificos en estudiar este fenomeno y fue el primero en distinguir entre calor sensible, o calor que se manifiesta en la elevacion de la temperatura de un cuerpo y calor latente, o calor que se utiliza para producir un cambio en el estado de agregacion de un cuerpo cambio de fase. De fase solida a fase liquida en el caso del hielo que funde sin que haya una variacion de la temperatura.

El calor latente de una sustancia se define como la energía calorífica necesaria para que cierta masa de esa sustancia cambie de estado [1]. Si la sustancia se encuentra inicialmente en estado sólido y pasa a líquido, se hablaría de calor latente de fusión (Lf), en el caso de pasar de líquido a gas se trataría de calor latente de vaporización, y para la transición de sólido a gas se tendría el calor latente de sublimación.

El cambio de estado de una sustancia no supone ningún cambio de temperatura. Por ejemplo, a presión atmosférica, se puede calentar agua líquida hasta los 100ºC. Una vez alcanzada esta temperatura, si se sigue suministrando calor éste

será invertido en el cambio de estado de la sustancia, que ocurrirá a temperatura constante. En otras palabras, se pasará de agua líquida a 100ºC a vapor de agua a 100ºC. Como puede deducirse fácilmente de la definición, las dimensiones del calor latente de una sustancia son: masa Y Energía. Las unidades en el numerador son normalmente julios o calorías. La equivalencia entre ambas es 1cal = 4.18J [2]

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Para un caso concreto de cambio de estado fusión, el flujo de calor que debe recibir una cierta masa de una sustancia para cambiar de estado pasar de sólido a líquido se calcularía como: Qf m Lf = ⋅Si se quisiera determinar el calor latente de fusión del hielo utilizando el método de las mezclas, sería necesario mezclarlo con una sustancia caliente de calor específico conocido.

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2. Fundamentos Teóricos

2.1 Calor latente de fusión

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, la temperatura no cambia hasta que se haya fundido del todo. Esto se debe a que el calor seemplea en la fusión del agua .

El cambio de temperatura de una sustancia conlleva una serie de cambios físicos. Casi todas las sustancias aumentan de volumen al calentarse y se contraen al enfriarse. El comportamiento del agua entre 0 y 4 °C constituye una importante excepción a esta regla Se denomina fase de una sustancia a su estado, que puede ser sólido, líquido o gaseoso. Los cambios de fase en sustancias puras tienen lugar a temperaturas y presiones definidas. Tambien El paso de sólido a gas se denomina sublimación, de sólido a líquido fusión, y de líquido a vaporización. Si la presión es constante, estos procesos tienen lugar a una temperatura constante. Ya que la La cantidad de calor necesaria para producir un cambio de fase se llama calor latente. Se describen dos experiencias que nos permiten determinar los calores latentes de fusión de agua:

*El hielo flota en el agua, la densidad del hielo es menor que la densidad del agua. Este hecho, nos permite diseñar un experimento de medida del calor de fusión del agua.

*El segundo experimento, es el procedimiento de las mezclas, similar al empleado para determinar el calor específico de un sólido.

2.2 Medida de calor latente de fusión

Se introduce una masa de hielo a un calorímetro con agua a una temperatura ligeramente por encima de la temperatura ambiente y se agita la mezcla hasta que el hielo se funde completamente. Se elige la masa del hielo de modo que la temperatura de equilibrio esté ligeramente por debajo de la temperatura ambiente, es decir, de modo que T-Ta≈T-Te.

De este modo, el calor cedido al ambiente en la primera etapa de la experiencia se compensa con el calor ganado en la segunda etapa.

2.3 Cambios de estado

Normalmente, una sustancia experimenta un cambio de temperatura cu

ando absorbe o cede calor al ambiente que le rodea. Sin embargo, cuando una sustancia cambia de fase absorbe o cede calor sin que se produzca un cambio de su temperatura. El calor Q que es necesario aportar para que una masa m de cierta sustancia cambie de fase es igual a. Q=mL donde L se denomina calor latente de la sustancia y depende del tipo de cambio de fase.

Los cambios de estado se pueden explicar de forma cualitativa del siguiente modo:En un sólido los átomos y moléculas ocupan las posiciones fijas de los nudos de una red cristalina. Un sólido tiene en ausencia de fuerzas externas un volumen fijo y una forma determinada.Los átomos y moléculas vibran, alrededor de sus posiciones de equilibrio estable, cada vez con mayor amplitud a medida que se incrementa la temperatura. Llega un momento en el que vencen a las fuerzas de atracción que mantienen a los átomos en sus posiciones

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