Química

CAMBIOS DE FASE
“Calor especifico a presión constante y entalpias de cambio de fase”.
1.- Objetivos:
* Identificar los procesos de cambio de fase de las sustancias.
* Conocer el concepto de calor específico y entalpia de cambio de fase.
* Diferenciar los conceptos de calor sensible y calor latente.
* Calcular los requerimientos energéticos durante un proceso termodinámico apresión constante.

Introducción:

El análisis térmico típico consiste en suministrar energía a la muestra, a un ritmo conocido, y ver cómo varía, en general a presión constante, su temperatura y otras propiedades térmicas. El resultado para una sustancia pura se muestra en la Fig. 6.1. En la práctica el problema es complicado, pues es muy difícil determinar con precisión qué parte de la energíacomunicada ha pasado a la muestra (el resto son las pérdidas), cuál es la temperatura representativa de la muestra (es de suponer que el entorno por donde se introduce la energía estará más caliente), la importancia de la velocidad de calentamiento, la influencia de los contaminantes, de los instrumentos de medida y control, etc.

Fig. 6.1. Esquema ideal (sin histéresis) de un análisis térmicotemperatura-tiempo.
Se puede así construir el diagrama de fases de la sustancia de que se trate, como los representados en la Fig. 6.2; nótese que el diagrama p-T corresponde a la ecuación de estado y que este diagrama no contiene todos los datos que necesita la Termodinámica sino incluyen alguna familia energética (cp, h, etc).

Fig. 6.2. Diagrama P-T del agua.

Loscambios de fase aparecen cuando el sistema pierde la condición de estabilidad, lo que requiere que d²S>O para un sistema aislado, o d²G<O para un sistema en contacto con una atmósfera a P₀, y T₀ etc.
Cambios de estado. Calores latentes:
Uno de los efectos más comunes del aporte de energía calorífica es el cambio de estado de los cuerpos. Es bien conocido que el hielo, al calentarse, seconvierte en agua líquida, y que ésta se transforma en vapor por encima de cierta temperatura. Esta sucesión de fases se reproduce, en distintas formas y con rasgos diferentes, en todas las sustancias de la naturaleza.

2.- Material y metrología:

Material | Reactivos |
Parrilla de calentamiento | Hielo |
1 vaso de precipitado de 250 ml | |
1 agitador magnético | |
1 termómetro | |2 cronómetros | |
1 espátula pequeña | |

3.- Procedimiento:

1. Encender la parrilla de calentamiento y esperar 5 minutos.

2. Pesar 50g de agua en fase sólida en un vaso de precipitado. (como era muy difícil obtener los 50g exactos de hielo, nos limitamos a pesar solo un cubo/cilindro de hielo). Medir la temperatura inicial (directamente de la bolsa de hielo) y ajustar loscronómetros en cero.

3. Colocar el vaso con hielo en la parrilla.



Fig. 1. Muestra el procedimiento de colocar el vaso con hielo en la parrilla y tomar la temperatura inicial.

4. Registrar la temperatura cada minuto.

Fig. 2. Muestra la toma de la temperatura realizada cada minuto durante el proceso.

5. Registrar el tiempo necesario para fundir todo el hielo. Observe elmomento de cambio en la temperatura del termómetro.

6. Ajustare el cronometro en cero y registrar la temperatura cada 2min hasta que el agua en fase líquida alcance la temperatura de saturación (observe un burbujeo constante y la temperatura del termómetro).

Fig. 3. Esta imagen muestra como el agua alcanzo su temperatura de saturación.

7. Ajustar el termómetro en cero y registrar eltiempo necesario para evaporar completamente el agua líquida en el vaso de precipitado.

Fig. 3. Muestra como después de determinado tiempo el agua se evaporo por completo.

4.- Resultados:

Masa (kg) | t (min) | T (°C) directa de la bolsa |
4kg de hielo | 0 | 1.0 ºC |
Tabla 1. Valor de la T tomada directamente de la bolsa de hielo en un t=0

Masa (g) | t (min) | T (°C) directa del...