INFORME 8 - SOLUCIONES

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA)

FACULTAD DE ING. ELECTRONICA Y ELECTRICA TEMA: SOLUCIONES (EXPERIENCIA 8)

CURSO

:

LABORATORIO DE FISICA II

HORARIO : INTEGRANTES :

NOMBRES

CODIGO

BAQUERIZO TORRES, CRISTHIAN BERMUDEZ ALCA, CARLOS JUNIOR MATTA RAMIREZ,ROBINSON GUILLERMO PÉREZ NICHO,CÉSAR EDUARDO RODRIGUEZ VARILLAS, ABRAHAM JESUS

10190232 10190116 10190265 10190254 10190199

2011

SOLUCIONES EXPERIENCIA N° 08

I.

II.

OBJETIVOS 

Investigar la disolución de una sustancia salina en H2O



Aprender el uso adecuado del calorímetro

FUNDAMENTO TEÓRICO Muchos

de

materiales

los

cuerpos

(sólidos,

líquidos,

gases) se disuelven en líquidos, con los cuales se ponen en contacto,

de

completamente químicamente,

manera diferentes

por

ejemplo,

azúcar de caña, sal de cocina, amoníaco, etc. en agua. El estado de disolución es una mezcla completa de las moléculas de la sustancia disuelta con las del disolvente (se conocen también soluciones sólidas, disolventes sólidos). La concentración c se indica generalmente en g de sustancia disuelta por 100 g de solución, es decir, en “tanto por ciento de peso” o en mol/l. Las soluciones de más alta concentración se llaman soluciones saturadas. La sustancia sólida que no se ha disuelto forma el precipitado. En una solución saturada existe un equilibrio lo mismo que en un vapor saturado. El número de moléculas del precipitado que se disuelven por unidad de tiempo es igual al número de moléculas que se separan de la solución para pasar al precipitado (que se condensan o cristalizan).

La concentración de saturación depende (como la densidad de vapor saturado) solo de la temperatura y no del volumen. Por ejemplo, en una disolución de sal la temperatura de ebullición no depende de las propiedades químicas de la sustancia disuelta, sino de la fracción molar (es decir, del número de moléculas disueltas en relación a su número total). Por eso, a partir del incremento del punto de ebullición se puede determinar la masa molécula relativa de la sustancia disuelta. El calor cedido por el agua resuelta de la reducción de temperatura.

q es q 

El

calor

específico

de

disolución

Q t  cmagua , donde c es la capacidad calorífica m m

especifica del agua magua es la masa de agua.

III.

EQUIPOS / MATERIALES

1 Equipo de calentamiento

1 Soporte universal

1 Soporte para varilla de vidrio

2 Varillas de soporte, 250 y 600 mm

1 Nuez doble

1 Clamp

1 Calorímetro

1 Agitador de vidrio

1 Balanza universal, resolución 1g

1 Balanza, resolución 0,01 g

1 Probeta graduada, 100 ml

1 Pinza universal

1 Vaso de precipitado, 100 ml

1 Vaso de precipitado, 250 ml

1 Vaso de precipitado, 400 ml

1 Paño

1 Matraz de Erlenmeyer, 100ml

1 Tapón de goma

1 Tubo de vidrio, 250 mm

1 Tubo de vidrio, 80 mm

1 Pipeta con caperuza de goma

1 Gotero

1 Termómetro 1/10 grados

1 Termómetro -10… + 110° C

1 Manguera flexible, transparente 7x15

1 Martillo

1 Cuchara con mango de espátula, plástico

Glicerina

Cloruro de sódico

Hielo

IV.

EXPERIMENTO Relación de la temperatura con la disolución de sal en agua MONTAJE 1 A1.

Montaje el equipo calorímetro tal como

muestra el diseño experimental. A2.

Coloque el termómetro (sin que toque el fondo ni las paredes del calorímetro) y el agitador en los orificios de la tapa del calorímetro.

PROCEDIMIENTO 1 Trabaje primero con 2 cucharaditas de cloruro de sodio (sal común) 1. Vierta 100 ml de agua en el calorímetro 2. Mida la temperatura inicial del agua y anótela en la Tabla 1 3. Disuelve dos cucharaditas de cloruro de sodio, agitando la mezcla hasta que la sal esté completamente disuelta. 4. Lea la temperatura de la solución y anote en la Tabla 1 5. Deseche esta solución, enjuague el calorímetro y séquelo. 6. Repita los pasos del 1 al 4 con cuatro cucharaditas de cloruro de sodio. Tabla 1. Cloruro de sodio T1 °C

T2°C

 T C 

2 cucharaditas

23.5

22.6

23.05

4 cucharaditas

23.5

22.3

22.90

PROCEDIMIENTO 2 Utilice ahora cloruro de sodio. Averigüe con mayor precisión la relación entre masa de sal y variación de temperatura. 1. Con balanza obtenga la masa de los granos de trisulfuro sódico (o del cloruro de sodio de cucharaditas de dicho número) que indica la tabla 3. 2. Siempre vierta 100 ml de agua en el calorímetro

3. Las lecturas de las temperaturas, inicial y final, hágalas con un termómetro de 1/10 de grado. Tabla 2. Mayor precisión, con Cloruro de sodio N° cucharaditas

m(g)

T1°C

T2°C

 T C 

2

9

23.5

22.6

23.05

3

20

23.5

21.9

22.7

4

29

23.5

21.7

22.6

5

40

23.5

22.2

22.85

10

70

23.5

22.3

22.9

4. Disuelva sucesivamente las cantidades de sal añadidas en la tabla 2 y haga las lecturas de las temperaturas 5. Con los datos de la tabla 2, haga una gráfica de diferencia de temperatura

T

versus masa m. SEGUNDO EXPERIMENTO MONTAJE 2 1. Monte el equipo calorímetro tal como muestra el diseño experimental de la Figura 2. 2. Coloque el termómetro y el agitador de la misma forma que en el montaje 1. 3. Troce hielo con un martillo (primero envuelva el hielo en un paño, a fin de que no salten los trocitos). PROCEDIMIENTO 3 Sal común con agua de fusión 1. Coloque 100 ml de hielo en el calorímetro. 2. Añada 20 ml de agua fría y agite cuidadosamente la mezcla. 3. Haga la lectura de la temperatura del agua T1 4. Añada 3 cucharaditas de sal y agite cuidadosamente la mezcla 5. Haga la lectura de la temperatura del agua T2 6. Añada otras 3 cucharaditas de sal y agite cuidadosamente la mezcla 7. Haga la lectura de la temperatura del agua T3 Tabla 3. Sal con agua de fusión Agua

Temperatura (°C)

Agua

T 1=

0°

Agua, con 3 cucharaditas de sal

T 2=

-10°

Agua, con 6 cucharaditas de sal

T 3=

-14°

¿Qué le sucede a los trozos de hielo cuando se añade sal al agua? Anote sus observaciones Se puede observar que se derrite el hielo 8. Ahora, trabaje son sal y trozos de hielo. Coloque alternadamente en el calorímetro capaz gruesas de hielo y capas final de sal. 9. Agite la mezcla 10. Haga la lectura de la temperatura

T = -9

¿Qué le sucede a los trozos de hielo? Anote sus observaciones El hielo se disuelve lentamente EXPERIMENTO 3 Temperatura de ebullición de una disolución de sal MONTAJE 3 1. Monte el equipo calorímetro tal como muestra el diseño experimental de la Figura 3. Que la rejilla (plancha de fieltro) esté unos 5 cm por encima del mechero. 2. Vierta 70 ml de agua en el matraz Erlenmeyer (eventualmente se coloca dos piedrecitas para no perturbar la ebullición) 3. Coloque el matraz Erlenmeyer sobre la rejilla, sujételo con la pinza universal. 4. Coloque el termómetro y el tubo de vidrio corto en el tapón. Tape el matraz Erlenmeyer sin apretar. 5. Empalme el trozo de manguera flexible de unos 50 cm en el tubo de vidrio corto y de su otro extremo en el tubo largo. 6. Sujete el tubo de vidrio largo, en posición vertical, en el soporte para tubos de vidrio, y colóquelo debajo del vaso de precipitados de 400 ml.

PROCEDIMIENTO 3 1. Encienda el mechero y haga hervir en el agua 2. Haga la lectura de la temperatura del agua T0 3. Apague el mechero, y espere a que el agua deje de hervir 4. Retire con cuidado el tapón del matraz Erlenmeyer y añada 3 cucharaditas de sal 5. Vuelva a colocar el tapón y encienda el mechero y haga hervir la solución 6. Haga la lectura de la temperatura del agua T1 7. Adicione 3 cucharaditas más sal a la solución 8. Haga la lectura de la temperatura del agua T2 Tabla 4. Sal con agua de ebullición

V.

Agua

Temperatura (°C)

Agua

T0 =

24

Agua con 3 cucharaditas de sal

T1 =

98

Agua con 4 cucharaditas de sal

T2 =

102.5

EVALUACION

1. ¿Qué ocurre con la temperatura al disolver distintas cantidades de sal en agua? Ocurre lo siguiente: Conforme disolvemos distintas cantidades de sal en el agua de fusión, la temperatura tiende descender. En cambio, cuando disolvemos distintas cantidades de sal en el agua de ebullición, la temperatura aumenta. 2. ¿Cómo varía la temperatura de ebullición del agua cuando está disuelta con sal? Al agregar moléculas o iones al agua pura la temperatura en el que éste entra en ebullición es más alto. El agua pura a presión atmosférica ebulle a 100 °C, pero si se disuelve sal en ella el punto de ebullición sube algunos grados centígrados. Este aumento de temperatura esta dado por: ΔTb = Kb · m Donde Kb es una constante de ebullición del agua. Su valor es 0,512 °C kg/mol y m es la molalidad(moles de soluto por kilogramo de disolvente (mol/kg))

Por esto si aumentamos sal al agua en el calorímetro se eleva la temperatura de ebullición de esta: Tabla 04: Sal con agua de ebullición Agua Temperatura (°C) Agua Agua con 3 cucharaditas de sal Agua con 6 cucharaditas de sal 3. ¿Qué relación hay entre el contenido de sal y la variación de temperatura? Tanto en el experimento 2 como en el 3, el mechero encendido es el cuerpo caliente, y las diferentes sustancias q se calientan (sal y agua) son los cuerpos fríos. La cantidad de energía calorífica suministrada por el mechero dependerá del tiempo durante el que se hayan estado calentando los cuerpos. Como el tiempo fue el mismo, pudimos concluir que:  

La variación de temperatura depende del contenido de sal (masa del cuerpo) La variación de temperatura depende de la sustancia (NaCl(s): sal)

4. A partir del concepto de energía, con sus propias palabras, describa el fenómeno observado. En términos energéticos la temperatura del agua con sal se eleva por que la mezcla va a tener sólidos en suspensión, los cuales van a absorber calor, que en su conjunto ocasionarían que se necesite mas temperatura para que el agua alcance su punto de ebullición por lo que el punto de ebullición se eleva. 5. ¿Qué relación hay entre la la masa (g)?

variación de temperatura (ºC) y

Entre la variación de temperatura y la masa hay una relación inversamente proporcional. Este hecho experimental puede expresarse cuantitativamente así:

Donde: Q: la energía calorífica suministrada por el mechero (J) m: la masa (kg) t2, t1: las temperaturas final e inicial (ºC) c: la capacidad calorífica específica, depende de la naturaleza del cuerpo (la sal, ’NaCl(s)’)

6. De la gráfica construida, a partir de la pendiente de la curva, determine el calor específico de disolución del triosulfato sódico.

Donde De la tabla 2:

⁄

(capacidad calorífica del agua) y

(masa del agua).

Pendiente: Calor específico de disolución:

7. De lo trabajado, ¿Qué puede decir sobre la temperatura de congelación (de fusión) del agua con sal? Que cuando se añade sal, el punto de congelación del agua es menor. Es decir que la solución (agua + sal) se congela a una temperatura menor que si hubiera agua sola. 8. ¿Por qué se echa sal sobre el piso helado? Porque la sal disminuye el punto de ebullición del agua (descenso crioscópico) y origina que este no se solidifique (se formen capas de hielo). El descenso del punto de congelación es una de las propiedades coligativas de las disoluciones diluidas de solutos no volátiles. Puede demostrarse que para disoluciones diluidas en las que el soluto no se disocia Tc = kc m donde Tc es el descenso crioscópico, en valor absoluto, m representa la molalidad de la disolución y kc es la constante crioscópica dada por

RTo2 kc  1000 l f siendo To la temperatura de congelación del disolvente puro y lf su calor latente de fusión por unidad de masa. 9. ¿Por qué se le denomina “mezcla frigorífica” a la mezcla de sal y hielo? Porque dichas mezclas producen descensos notables de la temperatura (su temperatura va descendiendo por debajo de 0 ºC).

10. A partir del concepto de energía, con sus propias palabras, explique este fenómeno observado. Tenga en cuenta que han ocurrido dos fenómenos, ¿Cuáles son? Para que un líquido se solidifique, necesita tener un núcleo (un punto de orden molecular) alrededor del cual puedan cristalizar las moléculas desordenadas. La formación de un núcleo depende del azar, pero una vez formado, el líquido sobreenfriado se solidifica rápidamente. El punto de solidificación de una disolución es más bajo que el punto de solidificación del disolvente puro antes de la introducción del soluto (sustancia disuelta). Los dos fenómenos que ocurren son el descenso del punto de solidificación del agua y un aumento de la concentración de la sal.