Historia de los materiales dentales

PROPIEDADES TÉRMICAS DEL AGUA
Y SUS CAMBIOS DE FASE

Objetivo

1. Estudiar experimentalmente diversas propiedades térmicas del agua pura (realmente agua del grifo) y del agua de mar (realmente agua del grifo con 35 g/kg NaCl).

2. Estudiar diferentes procesos de cambio de fase, en sustancias puras y en mezclas.

3. Conocer el comportamiento anómalo del agua, y la influencia de lasalinidad.

4. Aunque todas las propiedades de equilibrio están incluidas en ρ(T,p) y cp(T,p0), se estudian aparte.

Actividades

1. Densidades. Medida de densidades de agua pura, de agua salada y de hielo (la del vapor es muy difícil), a distintas temperaturas y por distintos procedimientos: con densímetro (Principio de Arquímedes), y por pesada volumétrica, ρ=m/V. Determinar el coeficiente dedilatación por variación de densidad y por variación de volumen en tubo con capilar. Las pequeñísimas variaciones de densidad del agua pura cerca de 4 ºC se detectarán por otro procedimiento (la estratificación térmica se hace inestable por debajo de 4 ºC).

2. Puntos de cambio de fase. Estudiar experimentalmente la temperatura de congelación de agua pura y de agua de mar, enfriándolas en tubo deensayo por inmersión en mezcla hielo-sal (añadir 20 g de sal a 40 g de hielo picado). Efecto de la velocidad (poniendo algo de aislante) en las curvas de enfriamiento (T-t).
La temperatura de ebullición se ve aparte.

3. Presión de vapor. (La vaporización del agua a baja temperatura en campana de vacío ya se hizo en otra práctica.) Determinar la presión de vapor del agua a distintas temperaturasen un tubo de ensayo invertido encerrando aire húmedo, midiendo la variación del volumen con la temperatura del aire atrapado, y calcular con ello una entalpía de vaporización media.
4. Entalpía de cambio de fase. Determinar la entalpía de vaporización del agua en un destilador; medida de potencias y caudales; balance energético del destilador. aberturas, tiempo
ΔΕ =W+Q+ Σ ∫ ht edme

5.Conductividad térmica. (No se va a hacer porque es muy difícil; hay que evitar la convección en el fluido; y para la del hielo trabajar bajo cero).

6. Evaluación de la incertidumbre de los resultados obtenidos.

Propiedades térmicas del agua y sus cambios de fase 2

Equipos

Comportamiento anómalo del agua Densímetro

Montajes de la práctica.

DESARROLLO

Presión devapor del agua y entalpía de vaporización

Para el gas atrapado, en todo instante (ley del gas ideal):

pV=(na+nv)RuT (1)

Si hay equilibrio bifásico, se verificará en todo instante (ley de Raoult):

x v = p pT (2)

siendo p* la presión de equilibrio bifásico del agua pura a esa temperatura. La presión en el gas será prácticamente la atmosférica, ya que p=p0+ρwgΔz, que semira en un
barómetro y suele ser en Madrid:

p ≈ p0=94 kPa (3)

ESTRUCTURA DEL AGUA

La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del oxígeno determina un ángulo entre los enlaces

H-O-H

Aproximadamente de 104'5:, además el oxígeno es más electronegativo que elhidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.

El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa, mientras que los núcleos de hidrógeno quedandesnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.
Por eso en la práctica la molécula de agua se comporta como un dipolo

Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática...