DESCENSO TÉRMICO 1. OBJE OBJETI TIVO VOS S Determinar el efecto térmico de dos mezclas frigoríficas a diferentes concentraciones.
2. INTROD INTRODUCC UCCIÓN IÓN Una disol disoluci ución ón es una una mezcl mezcla a homog homogén énea ea a nivel nivel molecu molecula larr (a difere diferenc ncia ia de una una suspensión) de dos o más sustancias químicas que no reaccionan entre sí, cuos compo compone nent ntes es se encue encuentr ntran an en una una dete determi rmina nada da propo proporci rción ón,, la cual cual varía varía entre entre determinados límites. Una disolución consta de una fase dispersa llamada soluto una fase fase dispe dispersa rsante nte deno denomin minad ada a disolv disolven ente. te. !as !as partí partícu culas las del solut soluto o se encu encuen entra tran n dispersas entre las moléculas del disolvente. "anto el disolvente como el soluto pueden estar en diferentes estados de agregación, el volumen de la disolución es menor, en general, que la suma de los vol#menes de las sustancias por separado. $l soluto no puede separarse por centrifugación (no sedimenta) ni filtración, sino que es necesario recurrir a cam%ios de fase & '""*+ U$- /l 0-12- 3. !as !as propie propieda dade des s coliga coligativ tivas as de una una disol disoluci ución ón son aqué aquélla llas s que que depe depend nden en de la concentración de soluto no de la naturaleza del mismo, están relacionadas con las fuerzas de interacción o cohesión entre moléculas dependiendo de la cantidad de soluto presente, en concreto con la presión de vapor que e4erce la fase de vapor so%re la fase líquida en un recipiente cerrado (línea de equili%rio de fases). $5perimentalmente se consta constata ta que que a medid medida a que que se a6ad a6ade e solut soluto o a un disolv disolven ente, te, se alter alteran an algun algunas as propiedades físicas de la disolución& '""*+ 7an /l 0-12- 3. !a disolución es capaz de e4ercer una presión osmótica, disminue la presión de vapor en solutos no volátiles, el punto de e%ullición es maor (aumento e%ulloscópico) el de congelación. este #ltimo fenómeno (disminución de la temperatura de fusión a presión constante) se le denomina descenso térmico & '""*+ 7an /l 0-12- 3. $l estudio de las formas en las que es posi%le producir frío (disminuir la temperatura), %asándose %asándose en principios químicos químicos físicos es lo que nos conlleva conlleva a estudiar las mezclas mezclas frigoríficas &'""*+ 8an-0 /l 0-12- 3 !as mezclas llamadas frigoríficas de%en su propiedad al enfriamiento que produce, en general, la disolución de un cuerpo solido en un líquido, porque el primero, pasando al estado líquido, hace pasar al estado latente cierta cantidad de calor sensi%le de la mezcla &'""*+ D7e29 /l 0-12- 3.
Cuadro N°1. 7ezclas frigoríficas. Mater$a%e&
Te()eratura de e*u$%$+r$o
C%oruro de a(on$o ,N-C%/ N$trato de )ota&$o ,3NO/ !6ua C%oruro de a(on$o ,N-C%/
Te()eratura de e*u$%$+r$o
N$e0e$e%o A01 B' C 0- B C 1E0 F
Sa% 4o(5n ,NaC%/
A0 B' C - B C 122 F
N$e0e$e%o A02.2 B' C G B C 129.2 F
!6ua N$trato de a(on$o ,N-NO/ !6ua
Mater$a%e&
-$dr78$do de )ota&$o9 4r$&ta%$ado ,3O-/
A1E B' C A02 B C 1G9 F
N$e0e$e%o A02.2 B' C G B C 129.2 F
Su%
A20 B' C AE- B C 111 F
;4$do &u%<5r$4o9 d$%u$do ,-2SO/ N$e0e$e%o A0E B' C < B C 129 F
A0 B' C - B C 122 F
C%oruro de 4a%4$o ,CaC%2/ ;4$do &u%<5r$4o9 d$%u$do ,-2SO/ N$e0e$e%o
A22 B' C AE9 B C 10 F
AE B' C A=- B C 1-2 F
Fuente: :al;er (09). l realizar una mezcla de hielo con alguna sustancia solu%le en agua, como la sal, se produce una disminución de la temperatura la cual es proporcional a la cantidad de sustancia que se haa a6adido. & '""*+ 7sc0< /l 011= 3.
. M!TERI!"ES # METODOS .1. -
.2.
Mater$a%e& >ielo granulado o picado +a'l (sal de mesa) Urea (comercial) ?ecipientes de mezcla @alanza de precisión 'uchillos "ermómetro digital
M'todo&
a) >ielo H 8al
1
Se picó hielo fnamente y se lo colocó en un recipiente amplio (jarra de 1000 ml). candades de 15, 30, 5, !0, "5 y #0 $r de acuerdo a las concentraciones (peso de me%cla 300 $).
Se pesó la sal en &asos de plasco o'teniendo a dierentes concentraciones (5, 10, 15, 0, 5 y 30 *) pesos de +5, "0, 55, 0, 5 y 10.
2
e%clar los $ranulos de sal con los tro%os de hielo, y con ayuda del a$itador se me%cló ( -uchara).
3
Se midió la temperatura del contenido en el &aso, para esto se colocó el termómetro en la me%cla y se esperó a ue la temperatura lle$ue a un &alor constante es decir ue ya no si$a disminuyendo, se de'e esperar unos se$undos.
4
%) gua I Urea
1
2
Se disol&io 5 concetraciones de urea al ", 1, 0, 30, 0 y 50 */ con un peso de me%cla de 100 $.
Se peso el a$ua cuyos &alores ueron ", 1, 0, 30, 0 y 50 $ de acuerdo con a las concentraciones correspondientes.
disol&io con una &arilla los $ranulos de urea con la ayuda de un a$itador (cuc hara)
3
4
Se midió la temperatura del contenido en el &aso, para esto se colocó el termómetro en la me%cla y se esperó a ue la temperatura lle$ue a un &alor constante es decir ue ya no si$a disminuyendo, se de'e esperar unos se$undos.
. RESU"T!DOS # DISCUSIONES .1.
Re&u%tado&
Cuadro N°2. 'oncentraciones de la mezcla (+a'lJ >ielo). NaC% : -$e%o Con4entra4$7n >?@@A ? 1 ? 1 ? 2 ? 2 ? ?
" &B'3 H=. H00.2 H02.< H09.9 H0=.0 H0=.2
Gráfca de Temperatura Vs concentración 0 0* ) 7 (
a r u t a r e p m e 6
5*
10*
15*
0*
5*
30*
35*
-5 -10 -15
() - .11 - +.11 2 0.#
-0 -5 oncentraci 4n a l (*)
F$6ura N°1. Krafica de la "emperatura con respecto a la concentración. Cuadro N°. Con4entra4$one& de %a (e4%a ,Urea: !6ua/ Urea : !6ua Con4entra4$7n >?@@A ? 1 ? 2 ? ? ? ?
" &B'3 1-.0 0.1 02 9.9 2.E G.1
Gráfca deTemperatura Vs concentracion 5 ) c 7 ( a r u t a r e p m e 6
0 15
() - 0."1 8 ." 2 0.#
10 5 0 0*
10*
0*
30*
0*
50*
!0*
oncentraci on de 9rea (*)
F$6ura N°2. Krafica de la "emperatura con respecto a la concentración.
.2.
D$&4u&$one&
$l descenso del punto de congelación de una solución diluida depende de la concentración de soluto del tipo de solvente utilizado. !as propiedades que dependen principalmente del n#mero de partículas disueltas en lugar de la naturaleza de estas partículas se llaman propiedades coligativas (*sorio , 1--=) !as temperaturas de congelación de las disoluciones son siempre menores que las del disolvente puro, de%ido a que la disolución tiene más entropía, más desorden, que el disolvente líquido puro. maor concentración de soluto, maor desorden, maor entropía en la disolución , por lo tanto, menor temperatura maor descenso crioscópico &'""*+ 7af=G /l 0-12- 3. 'ompro%ando lo mencionado por 7afart, a que cada vez que a6adíamos más soluto la temperatura disminuía, como en él se aprecia en am%os casos tanto como para la salJ hielo la ureaJ agua, o%servándose en los cuadros 0 1 que cuando esta tenían una concentración maor la temperatura de congelación descendía hasta H0=.2 para el caso de la sal G.1 para la urea. 8eg#n 'ovenin (0==E) !a determinación del descenso térmico se %asa en el hecho de que las sustancias diluidas en un líquido puro provocan un descenso del punto de congelación, el cual es directamente proporcional a la concentración de soluto e inversamente proporcional a su temperatura. 'omparado con nuestros datos la temperatura de descenso de las disoluciones en función de la concentración de +a'lJ hielo ureaJ agua, de acuerdo a los datos incluidos en el cuadro +B0 1 respectivamente, se puede apreciar una proporción inversa tanto en los datos como en la pendiente dada en las gráficas cuo valor es negativo. Donde al aumentar la concentración del soluto, este hace que la temperatura de congelación disminua.
$l menor valor de descenso térmico para las mezclas refrigerantes lo podemos comparar con valores teóricos para el +a'lJ >ielo urea '*(+>1)1 J agua, cuos valores e5perimentales fueron H0=.2 G.1. 8eg#n :al;er (09) nos menciona en el cuadro +B 0, las temperaturas de equili%rio para la mezcla de sal comun con agua o hielo es de A0 B' (122 F) cuo valor es cercano al o%tenido. 8eg#n 'onnor (0=1) 'uando se enfría un disolución comparando el comportamiento del agua pura con el de la disolución, la fase sólida no aparece hasta que la temperatura ha llegado a menos de -L'M lo que significa que la temperatura de la disolución es menor que la del agua pura. $ste descenso de la temperatura depende de la cantidad de soluto presenteM cuanto más soluto haa disuelto, menor será la temperatura de congelación . demás seg#n !eNis (0==<) a media que aumenta la concentración de solutos en la disolución, disminue el punto crioscópico de la misma. 'ompro%ándose esto en el e5perimento que a maor concentración de sustancia, es decir a maor cantidad de soluto disuelto en la solución, el punto de congelación disminuirá, lo cual se refle4ó en la igura +B0, presentada en lo resultados para el caso de la solución salina. Una e5plicación del porque el la temperatura del hielo disminue al a6adirle sal, seg#n Di Orinzio et al. (1-00) nos menciona que al a6adir la sustancia al hielo, el calor se transfiere de la sal al hielo lo cual provocará que este #ltimo empiece a fundirse, por su parte, la sal se disuelve en las caras de los trozos de hielo. medida que se a6ade más sustancia al hielo este sigue fundiéndose mientras que la solución concentrada tiende a diluirse, el hielo a%sor%e el calor de la disolución en una cantidad equivalente a su calor latente de fusión. 'omo la disolución se encuentra perdiendo calor esta empieza a enfriarse es decir su temperatura desciende (P-B').
. CONC"USIONES Determinamos el efecto térmico de dos mezclas (+a'lJ hielo ureaJ agua) frigoríficas a diferentes concentraciones. l a6adir sal a temperatura am%iente al hielo troceado, éste empieza a fundirse, se conclue que se disminue el punto de congelaciónCfusión se aumenta el punto de e%ullición, por tanto este punto de congelación es más %a4o que -B' (temperatura de congelación del aguaHdisolvente). $sta e5perimentación de las mezclas frigoríficas, tienen relación con las propiedades coligativas, a que mientras más se aumenta%a la cantidad de gramos de soluto (+a'l urea), se realiza%a más a%atimiento del descenso de temperatura en la disolución.
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