1 Repblica bolivariana de Venezuela Universidad del ZuliaFacultad Experimental de CienciasDepartamento de QumicaLaboratorio de fisicoqumica Medida del calor latente de fusin del hielo. Elaborado por: Gregory RodrguezCI. 23465050 Profesora: Darmenia Ibarra Maracaibo, junio de 2011 2 Resumen. La prctica se fundament en determinar el calor de fusin del agua en estado slido empleando un mtodo sencillo ypractico que consiste en introducir una masa de hielo en un calormetro con agua y aprender cmo interviene la temperatura del sistema en fusin. Ya arrojadoslos datos necesarios (masa del hielo/agua, y sus respectivas temperaturas en equilibrio e inciales), se calculo la capacidad calorfica del calormetro adiabtico la cual fue de: 10,52 cal/g. Se obtuvieron los siguientes resultados para el calor de fusin del hielo412,25 J/g y una entropa de 22,63 J/K.Introduccin. La entalpia H de un sistema cuya energa interna, presin y volumen son U, P y V se define como: H = U + PV. Puesto que U, P y V son funciones de estado, H tambin lo es.1La entalpia de fusin del hielo se define como la cantidad de calor necesaria para pasar la unidad de masa de hielo del estado slido al lquido a la temperatura de fusin del mismo. Si la presin bajo la cual se produce el cambio de fase se mantiene constante e igual a 1 atmosfera, la temperatura de fusin tambin se mantiene constante y es igual a 0 C.2 Hftambin se denomina calor latente de fusin ya que, durante este cambio de estado, el calor que absorbe el hielo no origina cambio alguno de su temperatura, como si estuviera oculto o escondido. Al fundirse el hielo esta ganancia de energa se transforma en el trabajo de contraccin del volumen (el hielo es menos denso que el agua a la misma temperatura) y, sobre todo, en aumentar su entropa (o desorden interno).2 Cuando se aplica calor al hielo, va ascendiendo su temperatura hasta que llega a 0C (temperatura de 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 se utiliza en la fusin del hielo.3 Cuando una masa (m) del hielo cambia de estado slido al lquido, a presin y temperatura constantes, absorbe de su entorno una energa igual a: 0 m B A presin atmosfrica y 0C, Hf = 80 cal/g 334,72 J/g. Dondemes lamasade la sustancia, (L)elcalor latente que seexpresaen joules sobre kilogramo(J/kg)enelSI,okilocalorassobrekilogramo(Kcal/kg).Sinoexistencambiosde estado,elincrementodecalorQqueabsorbeocedeuncuerpodemasa(m)ydecalor especfico (c) entre una temperatura inicial To y una temperatura final Tfes: La unidad de calor utilizada es la de calora (cal), que se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua de 14,5 a 15,5 C a una presin de 1 atm. Por definicin, cH2O = 1,00 cal/ (g C) a 15 C y 1 atm.1 3 Para evitar intercambios de calor con el medio ambiente, la mezcla se realiza dentro de un calormetro, el cual es, un recipiente cerrado y trmicamente aislado con el exterior; Utilizado para la medida de calores especficos cuando en el interior de un calormetro se coloca un liquido a temperatura distinta de la suya, el calormetro absorbe (o cede) algo de calor. Parte experimental. Se determino la capacidad calorfica del calormetro a utilizar. Se agrego en un recipiente interno del calormetro 50ml de agua destilada (m1) medidos cuidadosamente con un cilindro graduado a una temperatura aproximada de 30C. Se tapo el calormetro y se coloco el termmetro con el agitador luego se espero que se estabilice la temperatura del agua en el calormetro y se anoto su temperatura (Ti). Se agrego una cantidad de hielo picado, procurando que este lo ms seco posible (m2) antes de agregarlos en el calormetro. Se agito el contenido del calormetro hasta permitir que se estabilice la temperatura del hielo/agua y se anoto su temperatura (Te). Esta ltima debi ser necesariamente superior a 0C; de lo contrario debi repetirse la experiencia con menos cantidad de hielo. Se repiti el experimento varias veces 4 Resultados y discusin. Se determino el calor de fusin del hielo en estado slido, aadiendo una pequea cantidad de este lo ms seco posible y se verti en el calormetro, se esperaron unos minutos a que ocurriera el cambio de fase (solido-liquido), se tomaron los datos necesarios para la rgimen del la capacidad calorfica, entalpia de fusin y entropa. (Ver tabla 1) Tabla 1 Datos experimentales para determinar la entalpia de fusin del hielo. ExperienciaMasa de agua (M1)/g M1 + masa de hielo/g Masa de hielo (M2)/ g Ti / CTe / CHf (J/g) S (J/K) 1506515304 2506515306 3506515294 X412,2522,63 Paraelclculodelaentalpadefusindelhieloexperimental,seusounaexpresin deducida de acuerdo a la conservacin de la energa caracterstica de los procesos calorimtricos (ver anexos).EnlaTabla1,seaprecianlosvaloresobtenidosexperimentalmenteparalaentalpade fusindelhielo,expresadosenunidadesdelsistemainternacionalen:412,25J/gyen unidadesdecaloras98,53cal/g.Tericamenteelcalorlatentedefusindelhieloesiguala 80cal/g334,720J/g,comparandoambosvalores(tericosyexperimentales),senotauna pequeadiferenciasentrelosvaloresreportados.Paraestablecerestadiferenciaentrevalores aplicamosunamedidaestadsticaerrorabsoluto(veranexos),elcualarrojounresultadode 23,16%, Como se puede observar el resultado arrojado por el porcentaje de error relativo indica queelmtodotieneunamalaexactitudloquequieredecirqueelmtodofueinexactoestoen base al %Er, debido a que el porcentaje de error es 23,16% constituyndose muy inexacto (%Er = >5%) debido a que el porcentaje resulto mayor que el 5%, esto se pudo haber ocasionados por errores personales e instrumentales. Otro factor importante, en el cambio de fase slido-lquido, es la entropa, en la fusin hay una transicin de un estado de orden (slido) a uno de desordeno de mayor entropa. De igual forma fueron calculados estos valores, tomando la masa de hielo fundida en las experiencias realizadas (ver anexos). 5 Conclusiones. La realizacin de la prctica permiti que se lograra el objetivo planteado como lo fue la determinacin del calor de fusin del agua en estado slido, as como las variables que en ella influyen y la determinacin de la capacidad calorfica del calormetro. El dato de capacidad calorfica se obtuvo en unidades de caloras el cual fue calC, Luego se prosigui a la determinacin experimental del calor de fusin del hielo, se obtuvieron los valores de entropa 22,63, entalpa de fusin 412,25J/g, el cual al ser comparado con los valores reportados por la literatura, arrojando una diferencia de 77,53J/g,lo que indica una mala exactitud en la experiencia, por la influencia de errores instrumentales y errores por defecto. Sin embargo, los resultados experimentales mantienen el carcter endotrmico de la fundicin del hielo, representado por un valor mayor de 0 o positivo. Referencias 1.LevineIrn,2004,Fisicoqumica,Volumen1,5taedicin,Madrid,Espaa,Ed. McGraw-Hill, 60-61 2.Rolle, Kurt C. Termodinmica. Sexta Edicin. Ed. McGraw-Hill. 161. 3.http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latente4.ChirinosJuan;Morillongel;IbarraDarmenia;RajmankinaTamara.2010.Cuaderno deLaboratoriode FisicoqumicaI.Maracaibo,Venezuela.UniversidaddelZulia.Pg 34-35. Anexos.

1.- Capacidad calorfica del calormetro. Tabla (a) Datos experimentales para la calibracin del calormetro Numero de Experiencias Masa agua fra (mf) /g Masa agua caliente (mc)/g Tf / C Tc / CTeq /C 15050236542 calC 2.- Deduccin para la determinacin del calor latente de fusin:6 yQagua fra = mice(Te-Ti)yQcalormetro=Ccal(Te-Ti)yQhielo(fusin)=mHf yQhielo(T) = mhce.(Te-Thielo) Despejando Hfse tiene la expresin (3) empleada para el clculo del calor latente de fusin del hielo: ? A ? A ? A ( ) ( ) ( )h e e hielo cal e i i e e ifhm c T T C T T m c T THm v v ( ! 3.-Clculo de la entalpa de fusin para las experiencias, segn los datos de la Tabla 1. Experiencia 1: yMi=50gyMh=15g y Ti=30 CyTe=4C B Transformando a unidades SI Experiencia 2: yMi=50g7 yMh=15gy Ti=30 C y Te=6C B Transformando a unidades SI Experiencia 3: yMi=50gyMh=15g yTi=29 CyTe=4C B Transformando a unidades SI 4.-Clculos de la Entropa de fusin para las experiencias. Experiencia 1:ymasa=15g 8 Experiencia 2: ymasa=15g Experiencia 3: ymasa= 15g Error absoluto. I