determinacion de la entalpia de fusion de hielo

Práctica 14

Determinación de la entalpía de fusión del hielo

14. ENTALPÍA DE FUSIÓN DEL HIELO

OBJETIVO
Determinar la entalpía de fusión del hielo, ∆Hf, utilizando el método de las mezclas.
Previamente, ha de determinarse el equivalente en agua del calorímetro, K, para
cuantificar su aporte al balance energético del proceso.
MATERIAL
(1)
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(4)
(5)
(6)

Calorímetro.Balanza digital.
Vaso de precipitado.
Probeta.
Termómetro.
Manta térmica.
Agua, hielo.

http://www.ucm.es/info/Geofis/practicas/prac14.pdf

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Práctica 14

Determinación de la entalpía de fusión del hielo

FUNDAMENTO TEÓRICO
La entalpía de fusión del hielo, ∆Hf, se define como1 la cantidad de calor necesaria para
pasar la unidad de masa de hielo del estado sólido al líquido a latemperatura de fusión
del mismo. Si la presión bajo la cual se produce el cambio de fase se mantiene
constante e igual a 1 atmósfera, la temperatura de fusión también se mantiene
constante y es igual a 0ºC.
(∆Hf también solía denominarse calor “latente” de fusión 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 energía
se transforma en el trabajo de contracción de volumen (el hielo es menos denso que el
agua a la misma temperatura) y, sobre todo, en aumentar su entropía (o desorden
interno).
Cuando una masa m de hielo cambia de estado sólido al líquido, a presión y
temperatura constantes, absorbe de su entorno una energía igual a:

Q = m∆Hf

[14-1]

(A presión atmosférica y 0ºC, ∆Hf = 79 kcal/kg = 333.5 kJ/kg).
Podemos determinar el calor latente de fusión del hielo, ∆Hf, midiendo cómo varía la
temperatura de una mezcla de agua y hielo cuando éste se funde.
Si no existen cambios de estado, el incremento de calor Q que absorbe o cede un
cuerpo de masa m y de calor específico c, entre una temperatura inicial To y unatemperatura final Tf , es:

Q = m c (Tf - To)

[14-2]

(En el caso del agua, c = 1 cal/g ºC = 4184 J/kg ºK).2
Para evitar intercambios de calor con el medio ambiente, debemos hacer la mezcla
dentro de un calorímetro, el cual es, simplemente, un recipiente cerrado y
térmicamente aislado con el exterior. Cuando en el interior de un calorímetro se coloca
un líquido a temperatura distinta dela suya, el calorímetro absorbe (o cede) algo de
calor. A la hora de establecer el balance calorimétrico (calor cedido igual a calor
absorbido) podemos imaginar que el calorímetro se comporta como una cantidad de
agua adicional que se calentara o enfriara al mezclarse con diferentes masas de agua.
Se define así el equivalente en agua del calorímetro (K), como la masa de agua que
absorbería(o cedería) la misma cantidad de calor que el calorímetro, para modificar su
temperatura desde la inicial del calorímetro hasta la final del mismo.

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J.W. Kane, M.M. Sternheim. Física. Sección 12.3
P.A. Tipler. Física parala ciencia y la tecnología. Vol 1. Capítulo 19.

http://www.ucm.es/info/Geofis/practicas/prac14.pdf

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Determinación de la entalpía de fusióndel hielo

Para determinar K, se mezclan masas de agua a distintas temperaturas, se mide la
temperatura final de equilibrio, y se calcula el balance calorimétrico del proceso.
Este procedimiento se denomina método de las mezclas y vamos a utilizarlo también
para la determinación de ∆Hf (una vez conocido K) fundiendo un trozo de hielo en agua
dentro del calorímetro y observando la variación detemperaturas hasta alcanzar el
equilibrio térmico. Así el valor de ∆Hf se deducirá aplicando de nuevo la ley de
conservación de la energía para un sistema aislado.

MÉTODO
Durante la realización del experimento el calorímetro debe mantenerse tapado. Para
minimizar el intercambio de calor con el medio ambiente, sólo se destapará mientras se
introduzca algo en él.
1.-Determinación del...