Calor Latente de fusion del agua

CALOR LATENTE DE FUSIÓN DEL AGUA
1.

OBJETIVO
Medir el calor latente de fusión del agua usando la técnica de calorimetría.

2.

FUNDAMENTO TEÓRICO
El calor requerido para cambiar la fase de una sustancia pura de masa m, conocido como calor de
transformación, está dada por:
Q=mL

(1)

El parámetro L se llama calor latente de la sustancia y depende de la naturaleza del cambio de fasey de las propiedades de la sustancia. La unidad de calor latente es J/kg. En sí, representa la cantidad
de calor por unidad de masa necesaria para un cambio de fase.
Aquí damos algunos valores de L para sustancias conocidas, y para los cambios de fase de líquido a
sólido (fusión), Lf, y de sólido a gas (vaporización), Lv.
Tabla 1
Sustancia
Helio
Nitrógeno
Oxigeno
Alcohol etílico
AguaAzufre
Plomo
Aluminio
Plata
Oro
Cobre

Punto de
fusión (ºC)
-269,65
-209,97
-218,79
-114
0
119
327,3
660
960,80
1063,00
1083

Lf (J/kg)

Punto de
ebullición (ºC)

Lv (J/kg)

5,23×103
2,55×104
1,38×104
10,4×104
33,3×104
3,81×104
2,45×104
39,7×104
8,82×104
6,44×104
13,4×104

-268,93
-195,81
-182,97
78
100,00
444,60
1750
2450
2193
2660
11872,09×104
2,01×105
2,13×105
8,54×105
2,26×106
3,26×105
8,70×105
1,14×107
2,33×106
1,58×106
5,06×106

Los cambios de fase se pueden explicar en base al reacomodo de las moléculas cuando se agrega o
se quita calor de la sustancia. Considérese primero el cambio de fase de líquido a gas. Las
moléculas en el líquido están más juntas, y las fuerzas entre ellas son más fuertes que en un gas,
dondelas moléculas se encuentran más separadas. Por lo tanto, en un líquido se debe hacer trabajo
sobre las fuerzas moleculares de atracción para poder separar las moléculas. El calor de
vaporización es la cantidad de energía que se debe agregar al líquido para lograr esto.
Análogamente, durante el proceso de fusión (cambio de fase de sólido a líquido) la amplitud de
vibración de los átomos delsólido llega a ser lo suficientemente grande como para vencer las
fuerzas de atracción que se mantienen a los átomos en sus posiciones fijas. La energía calorífica
que se requiere para fundir por completo cierta masa de un sólido es igual al trabajo que se requiere
para romper las ligaduras y transformar a la masa de una fase ordenada de sólido a una fase
desordenada de líquido.
El calor sensiblees aquel que produce un cambio de temperatura de la masa: Q = mcT; en
cambio, el calor de transformación se utiliza totalmente para romper las fuerzas intermoleculares o
interatómicas de la masa de sólido o líquido, es decir, no produce cambio de temperatura en el
cuerpo por lo que los procesos de cambios de fase ocurren a una temperatura y presión fija.

Método calorimétrico para calcularel calor latente de fusión del agua
Consiste en mezclar un bloque de hielo a temperatura TH y de masa conocida con una masa dada de
agua en un calorímetro y medir los cambios de temperatura que experimenta el sistema. En la
mezcla, el agua del calorímetro, ma con una temperatura inicial Ta y temperatura final T va a ceder
una energía total mac(T – Ta) la cual permite:
1. elevar latemperatura del hielo hasta 0ºC, absorbiendo el calor sensible QH = mHcH(0 – TH),
2. fundir completamente los bloques de hielo utilizando el calor de transformación QL= mHLf,
3. elevar la temperatura del agua resultante del hielo hasta la temperatura de equilibrio T,
absorbiendo el calor sensible QHa= mHc(T – 0).
En la Figura 1 se muestra esquemáticamente los procesos de enfriamiento del agua (recta: Ta –C) y
del calentamiento del hielo (línea quebrada: TH–A-B-C).

Figura1. Gráfica Temperatura. Calor (T vs Q)
Aplicando el principio de conservación de la energía:
Qa

=

QH

+

QL

+

QHa

– mac(T–Ta) = mH cH(0 – TH) + mHLf + mHc(T – 0)
donde: ma = masa de agua en el calorímetro
Ta = temperatura del agua en el calorímetro
mH= masa de hielo
TH = temperatura inicial del...