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Cambios de fase en un sólido




Enviado por Bart



  1. Objetivos
  2. Equipos y materiales
  3. Fundamento teórico
  4. Procedimiento
  5. Autoevaluación
  6. Conclusiones
  7. Sugerencias
  8. Bibliografía

Objetivos

  • Investigar sobre la curva de
    fusión y de solidificación de la
    naftalina.

Equipos y
materiales

  • Equipo de calentamiento.

  • Soporte universal.

  • Tubo de prueba.

  • Vaso de pírex.

  • Papel milimetrado.

  • Termómetros.

  • Agarraderas.

  • Cronometro.

Fundamento
teórico

Cambios de fase.

La energía térmica perdida o
ganada por los objetos se llama calor. El calor es otra forma de
energía que puede medirse solo en función del efecto
que produce. El trabajo mecánico puede convertirse en calor.
Para medir el calor se emplean las siguientes
unidades:

Caloría: es la cantidad de
calor necesaria para elevar un grado Celsius la temperatura de un
gramo de agua.

Kilocaloría: cantidad necesaria
para elevar en un grado Celsius un kilogramo de agua.

Joule: cantidad de energía requerida
para elevar la temperatura de un kilogramo de sustancia en 100
grados Kelvin.

La diferencia entre calor y 
temperatura es que el calor depende de la masa y la temperatura
no, ya que la temperatura es la medida del  promedio de las
energías cinéticas de las moléculas y el calor es
la suma de las energías cinéticas de las
moléculas.

Cuando una sustancia absorbe una cantidad
dada de calor, la velocidad de sus moléculas se incrementa y
su temperatura se eleva.   Sin embargo, ocurren ciertos
fenómenos curiosos cuando un sólido se funde o un
líquido hierve.   En estos casos la temperatura
permanece constante hasta que todo el sólido se funde o
hasta que todo el líquido pase a fase vapor.

Si cierta cantidad de hielo se toma de un
congelador a -20º C y se calienta, su temperatura se
incrementa gradualmente hasta que el hielo comience a fundirse a
0º C ; durante el proceso de fusión permanece
constante, hasta que todo el hielo pase a agua.

Una vez que el hielo se funde la
temperatura comienza a elevarse otra vez con una velocidad
uniforme hasta que el agua empiece a hervir a 100º C,
durante el proceso de vaporización la temperatura permanece
constante, si el vapor de agua se almacena y  se
continúa el calentamiento hasta que toda el agua se evapore
de nuevo la temperatura comenzará a elevarse.

Calor Latente de
Fusión.

           
El cambio de fase de sólido a líquido se llama
fusión y la temperatura a la cual este cambio ocurre se le
llama punto de fusión.

           
La cantidad de calor necesario para fundir una unidad de masa de
una sustancia a la temperatura de fusión se llama calor
latente de fusión.

Calor Latente de
Vaporización.

El cambio de fase de líquido a vapor
se llama vaporización y la temperatura asociada con este
cambio se llama punto de ebullición de la sustancia. El
calor latente de vaporización de una sustancia es la
cantidad de calor por unidad de masa que es necesario para
cambiar la sustancia de líquido a vapor a la temperatura de
ebullición.

Cuando cambiamos la dirección de la
transferencia de calor y ahora se quita calor, el vapor regresa a
su fase líquida, a este proceso se le llama
condensación, el calor de condensación es equivalente
al calor de  vaporización.

Así mismo cuando se sustrae calor a un
líquido, volverá a su fase sólida, a este proceso
se le llama congelación o solidificación.  El
calor se solidificación es igual al calor de fusión, la
única diferencia entre congelación y fusión
estriba en si el calor se libera o se absorbe.

Es posible que una sustancia pase de fase
sólida a gaseosa sin pasar por la fase líquida; a este
proceso se le llame sublimación.   La cantidad de
calor absorbida por la unidad de masa al cambiar de sólido a
vapor se llama calor de sublimación.

Vaporización.

Existen tres formas en las que puede
ocurrir dicho cambio:

1)   Evaporación: se produce
vaporización en la superficie de un líquido (es un
proceso de enfriamiento).

2)   Ebullición:
vaporización dentro del líquido.

3)   Sublimación: el
sólido vaporiza sin pasar por la fase
líquida.

Presión de vapor

La presión de vapor saturada de una
sustancia es la presión adicional ejercida por las
moléculas de vapor sobre la sustancia y  sus
alrededores en condiciones de saturación.

Gases Reales.

Se puede esperar comportamiento ideal si:
1. no hay fuerzas intermoleculares entre sus moléculas y 2.
El volumen ocupado por las moléculas mismas es despreciable
en comparación  con el volumen del recipiente que
contiene el gas.  En los gases reales ninguna de estas
condiciones se cumple satisfactoriamente, resultando así
desviaciones respecto al comportamiento ideal.

Desviaciones del comportamiento
ideal.

La desviación de la idealidad es
más acentuada a presiones altas y temperaturas bajas, porque
a presiones altas las moléculas de un gas están
relativamente cerca  y  como  hay menor espacio
vacío en el gas, los volúmenes de las moléculas no
son despreciables en comparación con el volumen total del
gas y  por otra parte las fuerzas intermoleculares no son ya
tan insignificantes.

Las fuerzas intermoleculares también
se hacen notables a bajas temperaturas.   A
temperaturas altas la violencia del movimiento molecular evita
que esas fuerzas tengan efecto apreciable, pero a bajas
temperaturas la velocidad promedio disminuye y por lo tanto las
fuerzas de interacción comienzan a influir en el movimiento
molecular.

Cualquier expresión algebraica que
relacione presión, volumen, temperatura y  número
de moles se denomina ecuación de estado del gas. De un gas
ideal   PV= RnT, pero ningún gas real puede
describirse exactamente mediante esta ecuación.  La
ecuación de estado más conocida para gases reales es la
de Van der Waals.

Procedimiento

  • a. Primera parte:

  • Colocamos la naftalina y un
    termómetro que eventualmente puede servir como agitador,
    dentro del tubo de prueba.

mnaftalina

6 gr.

  • Agregamos agua al vaso de
    pírex.

Vagua

180 ml.

  • Colocamos el tubo de prueba dentro del
    pírex y un termómetro adicional en el agua,
    así:

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  • Calentamos el agua y observamos la
    lectura del termómetro hasta que la naftalina comience a
    fundirse. Anotamos los valores en nuestra tabla:

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  • Retiramos el tubo de prueba con la
    naftalina fundida. Medimos la temperatura a la cual la
    naftalina comienza a solidificarse.

  • Quitamos el termómetro y dejamos
    que la naftalina se solidifique completamente. Observamos la
    cavidad en la superficie de naftalina
    solidificada,……………………La
    naftalina se solidifica tomando la forma en el tubo de
    ensayo.

  • A partir del gráfico
    T=T(t)…………Como la gráfica es
    casi una recta podría ser T = mt + b; b = 24 , T = mt +
    24 , T = 0.1t + 24

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  • b. Segunda parte:

  • Repetimos el procedimiento anterior
    pero con 100 ml de agua en el pírex caliente hasta que
    la temperatura de la naftalina fundida se aproxime a 100
    ºC

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  • Retiramos el tubo y dejamos que la
    naftalina se solidifique que. Medimos la temperatura cada
    medio minuto. Agitamos nuevamente con el termómetro cuyo
    bulbo debe estar en el centro de la naftalina liquida cuando
    se tome la
    lectura………………..la
    solidificación de la naftalina no se pudo establecer muy
    bien como en el proceso de la primera parte.

  • Interrumpimos el experimento cuando
    esta se aproxime a 70 ºC ¿Es posible determinar la
    cantidad de calor por unidad de tiempo que se desprende en el
    proceso de solidificación?……..Si mediante la
    pendiente de la gráfica obtenida en tabla.

  • ¿Porque el punto de fusión y
    solidificación coinciden durante la
    solidificación?…..Se debe a la compresión
    distinta a la que están hecho la naftalina y el
    agua.

Autoevaluación

  • 1. Explique en que consiste la
    fusión franca y la fusión pastosa.

Fusión pastosa; el vidrio por
acción del calor se ablanda formando una especie de pasta y
después de pasar por una serie de estados intermedios se
funde.

Fusión franca; el sólido
pasa directamente al estado líquido.

  • 2. ¿Cuáles son las
    posibles fuentes de error en este experimento?

Bueno uno de los posibles errores puede
estar presente en el momento de la medición de la
temperatura.

Conclusiones

  • Fue posible graficar y encontrar el
    tiempo de fusión y solidificación ya sea H2o o
    naftalina.

Sugerencias

  • Ser minuciosos al momento de tomar los
    tiempos y temperaturas para la solidificación de la
    naftalina.

Bibliografía

  • http://www.hayas.edu.mx/bach/quimica/cambios_de_fase.htm

  • http://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_de_estado

  • http://www.amschool.edu.sv/paes/science/transfor.htm

  • http://www.google.com.pe/imgres?imgurl=http://www.preparatoriaabierta.com.mx/fisica-2/images/fisica_2_img_31.jpg&imgrefurl=http://www.preparatoriaabierta.com.mx/fisica-2/fisica2-fasc1.php&usg=__wtZfHrcKs8n8pM9BZZ1Ez200PhU=&h=627&w=490&sz=42&hl=es&start=0&zoom=0&tbnid=8hOpQlRLuMW23M:&tbnh=136&tbnw=106&prev=/images%3Fq%3Dexperimentos%2Bde%2Blaboratorio%2Btermometro%2Bsoporte%2Buniversal%2By%2Bmechero%26um%3D1%26hl%3Des%26biw%3D1600%26bih%3D708%26tbs%3Disch:1&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=152&vpy=400&dur=113&hovh=136&hovw=106&tx=95&ty=77&ei=ph31TKnZJoPKnAeJ4rm3Bw&oei=ph31TKnZJoPKnAeJ4rm3Bw&esq=1&page=1&ndsp=35&ved=1t:429,r:17,s:0

 

 

Autor:

Bart

 

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