calor latente de fusion

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ENTALPÍA DE FUSIÓN DEL HIELO

OBJETIVO

 Determinar la entalpía de fusión del hielo utilizando el método de las mezclas.

MATERIAL

Calorímetro, manta eléctrica.
Termómetro y vaso.
Hielo y agua
Balanza

FUNDAMENTO Y MÉTODO

La entalpía de fusión del hielo, Hf, (también denominada calor latente de fusión), se define como la cantidad de calor necesaria para pasar la unidad de masa dehielo del estado sólido al líquido a la temperatura 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.

Podemos determinar el calor latente de fusión midiendo cómo varía la temperatura de una mezcla de agua y hielo cuando éste se funde. Para evitarintercambios de calor con el medio, debemos hacer la mezcla dentro de un calorímetro, el cual es, simplemente, un recipiente cerrado y térmicamente aislado.

1.-Determinación del equivalente en agua del calorímetro

Cuando en un calorímetro se coloca un líquido a temperatura distinta de la suya, el calorímetro absorbe (o cede) algo de calor. A la hora de hacer el balance calorimétrico podemos imaginar queel calorímetro se comporta como una cantidad de agua adicional que hubiera que calentar o enfriar al hacer cualquier mezcla. Se define por tanto el equivalente en agua del calorímetro 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 a la final del mismo.

Para determinar el equivalente enagua del calorímetro, empiece por pesar el calorímetro vacío y seco, y anote el valor de la masa obtenido, Mcal. A continuación, tome una cantidad de agua (unos 200 cm3) y, utilizando la manta eléctrica, caliéntela hasta unos 10ºC por encima de la temperatura ambiente. Una vez caliente, vierta este agua en el calorímetro y ciérrelo. Determine ahora la masa del calorímetro con el agua,M(cal+agua), 1. La masa de agua añadida, Ma se obtendrá por diferencia entre las dos pesadas anteriores:

Ma = M(cal + agua),1 - Mcal .

Observe cómo evoluciona el nivel del mercurio en el termómetro del calorímetro; cuando este nivel se estabilice, anote el valor de la temperatura del sistema (agua + calorímetro), T1 .

NOTA: El calorímetro debe mantenerse continuamente tapadodurante todos los experimentos. Sólo se destapará cuando haya que poner algo dentro de él

Mientras se estabiliza la temperatura en el calorímetro, tome unos 200 cm3 de agua y enfríelos añadiendo un poco de hielo picado (hasta unos 10ºC por debajo de la temperatura ambiente). Cuando se ha enfriado el agua y en la mezcla no queda nada de hielo, se toma nota de la temperatura de esta agua fría, T2 , sevierte en el calorímetro y se tapa. Note que ha medido la temperatura del agua fría antes de ponerla en calorímetro, mientras que la del agua caliente la midió después.

La masa de agua fría añadida, Mb se obtiene pesando de nuevo el calorímetro con el agua caliente y fría. Si la masa total es ahora M(cal+agua),2 , la masa de agua fría es:

Mb = M(cal + agua),2 – M(cal+agua),1

Seguidamenteagite suavemente la mezcla en el calorímetro, e introduzca el termómetro. Anote la temperatura de equilibrio de la mezcla Tfinal. En este proceso el calorímetro y el agua caliente ceden calor y bajan su temperatura, mientras que el agua fría recibe dicho calor y aumenta su temperatura. Por consiguiente, la ecuación de balance calorimétrico, en el equilibrio, podremos escribirla de la forma:[1]

siendo c el calor específico del agua (c = 4183 J/(kg . K))

Por tanto, el equivalente en agua del calorímetro K se calcula mediante la ecuación:

[2]

El procedimiento utilizado de mezclar distintas masas a distintas temperaturas y medir la temperatura final de equilibrio se denomina método de las mezclas y vamos a utilizarlo también para la determinación de la entalpía de...