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Practica 2.- Calor latente, Apuntes de Fisicoquímica

Practica 2 de fisicoquimica UACJ

Tipo: Apuntes

2020/2021

Subido el 29/04/2021

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CALOR LATENTE DE FUSIÓN Y SOLIDIFICACIÓN DE LA PARAFINA
Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Instituto de Ciencias Biomédicas
Departamento de Ciencias Químico-Biológicas, Licenciatura en QFB
Laboratorio de Fisicoquímica 1
Resumen
Se determinó la temperatura de fusión de la parafina y se observó el
comportamiento de la temperatura en sus cambios de estado a cada minuto,
siendo afectada por el calor para alcanzar sus puntos de fusión y solidificación;
siendo así, para poder obtener la parafina en su forma líquida y/o solida con la
ayuda de las propiedades fisicoquímicas de esta sustancia.
Palabras clave: fusión, salificación, calor latente.
Introducción
El calor latente es la energía
requerida por una cantidad de
sustancia para cambiar de fase, de
solido a liquido (calor de fusión) o de
líquido a gaseoso (calor de
vaporización). Se debe tener en
cuenta que esta energía en forma de
calor se invierte para el cambio de
fase y no para un aumento de
temperatura.[CITATION SyP19 \l 2058 ]
La fusión es un proceso físico que
consiste en el cambio de estado de la
materia del solido al líquido por la
acción del calor. Cuando se calienta
un sólido, se transfiere calor a los
átomos, los cuales vibran con más
rapidez a medida que ganan energía.[
CITATION Geh16 \l 2058 ]
La solidificación es un proceso físico
que consiste en el cambio de estado
de la materia de líquido a solido
producido por una disminución en la
temperatura o por una compresión de
este material. Es el proceso inverso a
la fusión y sucede a la misma
temperatura.[ CITATION Sig10 \l 2058 ]
Parafina es el nombre común de un
grupo de hidrocarburos alcanos de
formula general CnH2n + 2, donde n
es el número de átomos de carbono.
La molécula más simple de la
parafina es el metano, un gas a
temperatura ambiente; en cambio, los
miembros más pesados de la serie,
como las formas solidas de parafinas,
llamadas “cera de parafina”,
provienen de las moléculas, más
pesadas.[ CITATION PAN19 \l 2058 ]
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CALOR LATENTE DE FUSIÓN Y SOLIDIFICACIÓN DE LA PARAFINA

Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Instituto de Ciencias Biomédicas Departamento de Ciencias Químico-Biológicas, Licenciatura en QFB Laboratorio de Fisicoquímica 1 Resumen Se determinó la temperatura de fusión de la parafina y se observó el comportamiento de la temperatura en sus cambios de estado a cada minuto, siendo afectada por el calor para alcanzar sus puntos de fusión y solidificación; siendo así, para poder obtener la parafina en su forma líquida y/o solida con la ayuda de las propiedades fisicoquímicas de esta sustancia. Palabras clave: fusión, salificación, calor latente. Introducción El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de solido a liquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de temperatura.[CITATION SyP19 \l 2058 ] La fusión es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia del solido al líquido por la acción del calor. Cuando se calienta un sólido, se transfiere calor a los átomos, los cuales vibran con más rapidez a medida que ganan energía.[ CITATION Geh16 \l 2058 ] La solidificación es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a solido producido por una disminución en la temperatura o por una compresión de este material. Es el proceso inverso a la fusión y sucede a la misma temperatura.[ CITATION Sig10 \l 2058 ] Parafina es el nombre común de un grupo de hidrocarburos alcanos de formula general CnH2n + 2, donde n es el número de átomos de carbono. La molécula más simple de la parafina es el metano, un gas a temperatura ambiente; en cambio, los miembros más pesados de la serie, como las formas solidas de parafinas, llamadas “cera de parafina”, provienen de las moléculas, más pesadas.[ CITATION PAN19 \l 2058 ]

La cera de parafina (C 25 H 52 ) es un material excelente para almacenar calor, ya que tiene una capacidad calórica de 2.14-2.19 Jg-1K-1^ y un calor de fusión de 200-220 J/g. [ CITATION Alo16 \l 2058 ] Fundamento teórico Una sustancia experimental presenta un cambio de temperatura cuando absorbe o cede calor al ambiente que lo rodea. Sin embargo, cuando una sustancia cambia de fase absorbe o cede sin que se produzca un cambio de temperatura. El calor Q es necesario aportar para que una masa 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 estado. Los cambios de estado pueden explicarse de este modo: en un sólido los átomos y moléculas ocupan las posiciones fijas de los nudos de una red cristalina. Un sólido tiene ausencia de fuerzas externas, un volumen fijo y una forma determinada. Para que un sólido pase al estado líquido debe de absorber la energía necesaria a fin de destruir las uniones entre sus moléculas. Por lo tanto, mientras dura la fusión no aumenta la temperatura. La parafina es una mezcla de alcanos que se encuentra en la naturaleza y en los residuos de la destilación de petróleo. La parafina tiene un punto de fusión de 54.5oC. Las parafinas presentan una temperatura de fusión que es función del número de carbonos en la cadena molecular. Objetivos  Determinar la temperatura de fusión de la parafina a una atmósfera de presión  Observar el comportamiento de la temperatura en el cambio de fase de la parafina  Determinar el calor proporcionado por la fuente de energía (mechero) Hipótesis El punto de fusión de la parafina a condiciones normales de temperaturas ambiente es de 47oC a 64 oC, pero opino que no llegara siquiera a los 45oC en ciudad Juárez por la zona en que se ubica y la

Resultados Tabla 1. Medición de la temperatura de la parafina durante el calentamiento en baño maría.  La primera gota se observó a los 15 minutos a 45oC.  Se completó el cambio de fase a los 26 minutos a 59oC. 0 20 40 60 80 Tiempo (min) Temperatura C Grafica 1. Medición de la temperatura de la parafina durante el calentamiento en baño maría. Tiemp o min Temperat ura ˚C Estado 0 69 liquido 1 68 liquido 2 56 liquido 3 52 liquido-solido 4 50 liquido-solido 5 47 liquido-solido 6 46 liquido-solido 7 44 liquido-solido 8 42 liquido-solido 9 41 liquido-solido 10 40 liquido-solido 11 40 solido 12 40 solido Tabla 2. Mediciones de temperatura de la parafina al retirar de la fuente de calor. Tiemp o min Temperatur a ˚C Estado 0 30 Solido 1 27 Solido 2 29 Solido 3 30 Solido 4 31 Solido 5 32 Solido 6 33 Solido 7 34 Solido 8 36 Solido 9 37 Solido 1 0 38 Solido 1 1 39 Solido 1 2 41 Solido 1 3 43 Solido 1 4 44 Solido 1 5 45 solido- liquido 1 6 46 solido- liquido 1 7 47 solido- liquido 1 8 47 liquido- solido 1 9 48 liquido- solido 2 0 49 liquido-solido 2 1 51 liquido-solido 2 2 53 liquido-solido 2 3 55 liquido-solido 2 4 56 liquido-solido 2 5 57 liquido-solido 2 6 59 Liquido 2 7 61 Liquido 2 8 62 Liquido 2 9 63 Liquido 3 0 64 Liquido 3 1 64 Liquido 3 2 65 Liquido 3 3 65 Liquido 3 4 66 Liquido 3 67 Liquido

 Inicio el cambio líquido a solido a los 3 minutos a 52oC.  Se solidifico completamente a los 11 minutos a 40oC. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 20 40 60 80 Tiempo (min) Temperatura C Grafica 2. Mediciones de temperatura de la parafina al retirar de la fuente de calor. Calcule la cantidad de calor (Qf), cuando la parafina pasa de solido a líquido. 67.66 cal Calcule el calor latente de fusión, (λf)f) 30.34 cal/g = 57,659.47 J/lb Calcule la cantidad de calor (Qs), cuando la parafina pasa de líquido a sólido.

  • 50.31 cal Calcule el calor latente de solidificación (λf)s) -22.56 cal/g = -42,874.02 J/lb Calculo la cantidad de calor (QMB), suministrada por el mechero. 27,000 cal Discusión Como ya se ha mencionado el calor latente es la cantidad de calor que absorbe o genera una unidad de más de un material durante una variación de fase. Al observar la gráfica se pudo notar que hay ciertas escalas donde el calor se mantiene constante durante un par de minutos, en eso se puede comprobar el calor latente que existe en la parafina, por ejemplo para empezar la fase de fusión se puede observar que en el minuto 17 hay un pequeño estado estático. Al llegar al punto donde toda la parafina se fusionó, se pudo notar que la parafina tomó una cantidad de energía considerable para empezar allegar al estado de solidificación. Con esos datos pudimos sacar la cantidad de energía en calorías que utiliza la sustancia para llegar a los puntos. Conclusión
  1. ʎf = Q/m= cal/g b) Durante el enfriamiento.
  2. Q= m.Ce (Tf - Ti )
  3. ʎs = Q/m Cálculos: Datos experimentales: DURANTE EL CALENTAMIENTO Cantidad de Calor, Q: m = 2.23 g Ce = 0.778 kcal/kg.ºC = 0.778 cal/g.ºC Ti = 30 ºC Tf = 69 ºC 0.778 kcal X 4186 J/1 kcal = 3,256.708 J X 1 cal/4.186 J = 77.8 cal 77.8 cal X 1 kg = 0.778 cal/g.ºC 1000 g Q= m.Ce (Tf - Ti ) Q = (2.23 g)(0.778 cal/g.ºC)(69 ºC - 30 ºC) = 67.66 cal Calor latente de Fusión: Q = 67.66 cal m = 2.23 g ʎf = Q/m= 67.66 cal /2.23 g = 30.34 cal/g = 57,659.47 J/lb DURANTE EL ENFRIAMIENTO Cantidad de Calor, Qs m = 2.23 g Ce = 0.778 kcal/kg.ºC = 0.778 cal/g.ºC Ti = 69 ºC Tf = 40 ºC Q = (2.23 g)(0.778 cal/g.ºC)(40ºC - 69 ºC) = - 50.31 cal Calor latente de Solidificación: Q = -50.31 cal m = 2.23 g ʎs = Q/m= -50.31 cal /2.23 g = -22.56 cal/g = -42,874.02 J/lb

CALCULO DEL CALOR DEL MECHERO BUNSEN (QMB)

Cantidad de Calor m = 600 g Ce = 1 cal/g.ºC Ti = 24 ºC (temperatura de laboratorio) Tf = 30 ºC Tf = 69 ºC Ti = 30 ºC Q= m.Ce (Tf - Ti ) Q = (600 g)(1 cal/g.ºC)(30ºC - 24ºC) = 3,600.00 cal Q = (600 g)(1 cal/g.ºC)(69ºC - 30ºC) = 23,400.00 cal QT= 27,000.