Determinacion del Calor latente

PRÁCTICA No. 10

DETERMINACIÓN DEL CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN DE UNA SUSTANCIA PURA

OBJETIVO: 

Determinar el calor latente de vaporización  de un líquido puro a presión atmosférica, utilizando un calorímetro de Bunsen.

COMPETENCIA:

1. Manejar el equipo para la determinación del calor latente de vaporización  de un líquido puro.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS:

Cuando a una sustancia pura se le suministra calor en un proceso a presión constante, el fluido incrementa su temperatura hasta que se alcanza el punto de  ebullición. Una vez que inicia la ebullición, si continuamos calentando a presión constante  no hay ningún cambio en la temperatura, el fluido utiliza el calor suministrado para cambiar de fase, se dice entonces que el fluido absorbe calor latente o calor para cambio de fase.

El calor latente de vaporización es la cantidad de calor que se requiere por unidad de masa para que un líquido en ebullición cambie de fase en un proceso a presión constante. Las propiedades de una sustancia pura en la zona de cambio de fase o zona de dos fases, dependen exclusivamente de una propiedad cualesquiera. Por tanto, el calor latente que acompaña a un cambio de fase se puede expresar como una función exclusiva de la temperatura y está relacionado a las demás propiedades del sistema por una ecuación termodinámica denominada ecuación de Clapeyron.

        λ = T ( dP / dT)sat / ΔV

λ = Calor latente de cambio de fase

P, T = Presión y temperatura de cambio de fase

ΔV = Cambio de volumen que acompaña al cambio de fase.

El calor de vaporización disminuye al aumentar la presión o la temperatura de cambio de fase. En el punto triple se tiene el máximo calor de vaporización y en el punto crítico vale cero.

La vaporización de un líquido exige que se venzan las fuerzas moleculares que mantienen unidas a las moléculas en las fases condensadas. Por lo cual, las sustancias en donde existan grandes fuerzas de interacción, como las sustancias polares, tendrán calores de vaporización  mucho mayores que las sustancias no polares

REQUERIMIENTOS:

• Calorímetro de  Bunsen.
• Dos Termómetro ( -l0 a 110 °C)
• Probeta de 250 ml.
• Matraz balón de 500 ml.
• Soporte universal
• Tapón bihoradado , conexiones de vidrio y mangueras de taygon
• Parrilla eléctrica
• Balanza eléctrica con capacidad de 2 Kg ( Lab de Ing. Química )
• Agua destilada.

ORGANIZACIÓN PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:

• El material y el  equipo necesario para la práctica debe estar dispuesto.
• Dividir el grupo de trabajo, de acuerdo al número de alumnos, en 2  o más equipos, con un promedio de 6 a 8  integrantes, se reparte el trabajo y se asignan roles: 2 operadores, 2 calculadores y el resto serán observadores. Si la práctica lo permite, se cambiarán los roles a los alumnos con la finalidad de que todos sean operadores, calculadores y observadores.
• Los operadores deben montar el equipo e ir realizando la práctica paso a paso.
• Los calculadores deben ir anotando los datos y resultados que se vayan obteniendo.
• Los observadores deben estar atentos a la práctica, ayudar a los operadores si es necesario así como realizar anotaciones de los datos y resultados que se vayan obteniendo.
• Al finalizar la práctica y, estando todo el equipo  reunido, los calculadores deben realizar los cálculos, llenar tablas, hacer gráficas y obtener los resultados.
• Entre todos deben llenar los cuestionarios y establecer la conclusión de la práctica.
• Seleccionar un representante de cada equipo quien deberá realizar un informe.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Para determinar el calor de vaporización a presión atmosférica se utilizará un  calorímetro  de mezclado adiabático o calorímetro de Bunsen , en este calorímetro que contendrá agua, se condensará el vapor que se genere en el matraz de destilación. Por diferencia de peso se podrá cuantificar la cantidad de agua que se condensa en el calorímetro y mediante un  balance de energía se podrá cuantificar el calor de vaporización del agua.

Primera etapa.- Metodología para determinar la constante del calorímetro Bunsen.

Es necesario en principio determinar la constante del calorímetro,  en caso de que no se haya determinado. Seguir la metodología de las prácticas anteriores.

Segunda etapa.- Metodología para determinar el calor de vaporización  de un líquido

1. Montar el equipo de destilación que se muestra en la figura.
2. Pesar el vaso interior del calorímetro en la balanza eléctrica. (MC)
3. Adicionar  250 ml de agua destilada al vaso interior del calorímetro Bunsen y pesar el vaso interior en la balanza eléctrica. Por diferencia de peso determinar la cantidad de agua destilada adicionada (M1).
4. Tapar el vaso Dewar y colocarlo en el cilindro exterior del calorímetro. Esperar a que se alcance el equilibrio térmico (10 minutos) y medir la temperatura de la sustancia problema mediante un termómetro con escala de –10 a 110 °C  ( TO ),
5. Previamente adicione agua destilada al matraz y caliente mediante la parrilla eléctrica. Cuando se tenga un desprendimiento contínuo de vapor, leer la temperatura de ebullición mediante el termómetro con escala de –10 a 110 °C.
6. Introducir el tubo de desprendimiento de vapor en el calorímetro y tápelo perfectamente cuidando de que el vapor burbujee en el agua.
7. Vigile la temperatura del agua dentro del calorímetro y cuando esta sea de 50 °C retirar el tubo de desprendimiento de vapor. Evitar que la temperatura sea mayor a 50 °C  puesto que se podrían tener pérdidas considerables de energía por radiación. Esta temperatura se podría alcanzar en unos cuantos minutos dependiendo de la velocidad de generación de vapor.
8. Dejar que se alcance el equilibrio térmico ( 5 minutos ) y tomar la temperatura  TE ) con el termómetro de – 10 a 110 °C..
9. Pesar el vaso interior del calorímetro y por diferencia de peso determinar la cantidad de vapor condensado en el calorímetro (M2 ).

[pic 1]

[pic 2]

Figura.   Equipo para determinar el calor de vaporización.

TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES

CÁLCULOS:

Primera etapa: Determinación de la constante del calorímetro eléctrico.

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