guía de laboratorio fisicoquimica de materiales

7/25/2019 guía de laboratorio fisicoquimica de materiales

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ESCUELA INGENIERÍA DE MATERIALESUNIVERSIDAD DEL VALLE

LABORATORIO FISICOQUÍMICA DE

MATERIALES GUÍA DE LABORATORIO



TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN .........................................................................................................................................................3

NORMAS TRABAJO EN LABORATORIO ........................................................................................................................4

PRACTICA 1 ................................................................................................................................................................9

MEDICIONES Y TOMA DE DATOS ................................................................................................................................9

PRACTICA 2 .............................................................................................................................................................. 12

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS ..................................................................................... 12

PRACTICA # 3 ........................................................................................................................................................... 21

TERMOPARES LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA DE MATERIALES ............................................................................ 21

PRACTICA No. 4........................................................................................................................................................ 29

DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DE LÍQUIDOS Y SÓLIDOS ................................................................ 29

PRACTICA No. 5........................................................................................................................................................ 39

DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE FUSIÓN DE UNA SUSTANCIA PURA ......................................................................... 39

PRACTICA # 6 ........................................................................................................................................................... 47

TENSIÓN SUPERFICIAL DE LÍQUIDOS ......................................................................................................................... 47



INTRODUCCIÓN

En la actualidad la ciencia e ingeniería de los materiales juega un papel de suma importancia para el desarrollo de la

sociedad, desde la explotación de materias primas hasta la generación de productos que benefician a todo el rango social

Además, la ingeniería de materiales es quizás una de las primeras ingenieras que el hombre utilizo para dar inicio a grandes

civilizaciones que conllevaron al nacimiento de las sociedades actuales, es tanto así que las eras históricas fueron

nombradas con reconocidos materiales, entre ellas: edad de piedras, edad de cobre, edad de bronce, edad de hierro.

El estudio de la ciencia e ingeniera está basado en primera instancia en la fundamentación de las ciencias básica como la

química y a su vez la fisicoquímica de materiales, dentro del plan de estudios de ingeniería de materiales de la Universidad

del Valle, está el desarrollo practico de la físico-química de materiales, denominado laboratorio de fisicoquímica de

materiales este consta de cinco prácticas que van desde el conocimiento de las normas de laboratorio y manejo de equipos

de laboratorio. La practica 1: MEDICIONES Y TOMAS DE LABORATORIO, se encarga de instruir al estudiante en los

procedimientos de tomas de pesos y medidas, además de otras variables encontradas en la dinámica de laboratorio. En

el laboratorio 2: DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE SOLIDOS Y LÍQUIDOS. La densidad de los materiales es fundamenta

su conocimiento a la hora de diseñar y construir elementos, es por eso que esta practica de laboratorio se introduce a

estudiante en la toma rápida



NORMAS TRABAJO EN LABORATORIO

Lea atentamente estas normas de trabajo en el laboratorio. Antes de empezar la primera práctica, el profeso

comprobará que el alumno ha leído estas normas y conoce el nombre del material de laboratorio y las normas básicas deseguridad que se incluyen en este documento. Cada estudiante debe elaborar un cuaderno de laboratorio que el profesopodrá solicitar en cualquier momento para su revisión o llenar en su totalidad las hojas de trabajo que se adjunta en lasguías de laboratorio. Un aspecto fundamental para el buen desempeño tanto del estudiante como del curso es lapuntualidad la cual ha de ser tenida en cuenta para la calificación final del curso y tampoco se permite la ausencia dealumno sin permiso del profesor. No está autorizada la permanencia en el laboratorio de ninguna persona ajena al turnode prácticas.

Material obligatorio

Para comenzar las prácticas es imprescindible que cada alumno se presente en el laboratorio con una bata y un cuadernopara apuntes. La bata deberá emplearse durante toda la estancia en el laboratorio.

Puesto de trabajo

Cada alumno o equipo de trabajo tendrá asignado un material de laboratorio del que será responsable. En caso de pérdidao daño, debe comunicarse inmediatamente al profesor de prácticas (evitar la manipulación de vidriería averiada o equipodañado). Antes de empezar con un procedimiento experimental o utilizar algún aparato se debe revisar todo el materiay su manual de funcionamiento o solicitar asesoría para el manejo de los mismos. El material asignado a cada prácticadebe permanecer en el lugar asignado a dicha práctica. No se debe coger material destinado a prácticas distintas a la quese está realizando. Bajo ningún concepto se sacarán reactivos o material de prácticas del laboratorio. Trabaje siempre ensu mesa, salvo si debe usar la balanza o la campana de gases. Sobre la mesa de trabajo debe mantenerse sólo el materiarequerido para la sesión. Los objetos personales o innecesarios deben guardarse o colocarse lejos del área de trabajo (la

universidad o docente encargado no será responsable de los objetos personales que resulten averiados, por ende el usodeber ser meramente responsabilidad del dueño). Al finalizar cada sesión de prácticas el material y la mesa de laboratoriodeben dejarse perfectamente limpios y ordenados. Cada equipo de prácticas deberá comprobar que el material delaboratorio es el mismo del que disponía al comienzo de cada práctica. En caso de pérdidas o roturas de material durantelas prácticas, se comunicará a los responsables del laboratorio. Las balanzas son de uso común y deben estar siemprelimpias. No está permitido pesar productos químicos directamente sobre los platillos, ni anotar nada en papeles sueltosque no sean el cuaderno de laboratorio u hoja de trabajo en su defecto. Cerca de las balanzas sólo deben permanecer losestudiantes que se encuentren pesando (uno por balanza). Las balanzas deben dejarse a cero y perfectamente limpiasdespués de finalizar la toma de datos. Las campanas de gases también son de uso común. Deben dejarse limpias cuandose termine su utilización, retirando todo el material trasladado para llevar a cabo el experimento lo antes posible.

Hoja de trabajo

Los investigadores consideran el cuaderno de laboratorio como una de sus más valiosas posesiones. El cuaderno deberesumir el trabajo que se ha hecho en el laboratorio y recoger los resultados obtenidos. He aquí algunos consejos sobrecómo llevar un cuaderno de laboratorio:

El cuaderno de laboratorio sirve para tomar nota inmediata de todas las observaciones experimentales, de formabreve pero concisa y clara. No deben emplearse hojas sueltas que puedan perderse, sino un cuaderno. Las anotacionesse deben hacer directamente en el cuaderno, no en sucio para pasarlas luego a limpio. No se deben omitir ni los datoscuantitativos ni los cualitativos. El criterio a seguir para realizar las anotaciones es que cualquier químico, con sólo losdatos del cuaderno, pueda reproducir fielmente el experimento realizado.



Al comienzo de cada reacción, apunte las cantidades usadas de cada reactivo (masa o volumen), su equivalencia enmoles y, en su caso, las densidades y concentraciones.

Anote también todos los cálculos realizados.

Anote las características de todo el material utilizado en el transcurso de la práctica, y dibuje el material especial

utilizado (montajes, etc.).

Esquematice los procesos químicos que llevan a la preparación de la sustancia final. Apunte siempre el colorrendimiento y otras características como la formación de precipitado etc. Escriba su versión del procedimientooperativo, señalando todas aquellas observaciones que hayan merecido su interés. Intente dar una interpretaciónquímica a todas sus observaciones escriba las respuestas a las cuestiones planteadas en el guion, tanto las previascomo las posteriores a la práctica. Tome también nota de las explicaciones dadas por el profesor y de aquellasadvertencias relacionadas con la seguridad.

Normas de seguridad

Un laboratorio de química no es realmente un lugar peligroso, pero requiere una razonable prudencia y unosconocimientos básicos por parte del experimentador para mantener su seguridad. Por ello, es conveniente econocimiento de algunas normas básicas de seguridad que se resumen a continuación: Ante cualquier problema, avisarinmediatamente al profesor.

Protección de los ojos:

• Es obligatorio utilizar gafas de seguridad. • Se desaconseja utilizar lentes de contacto.• Cuando se caliente un tubo de ensayo, agitar bien y no apuntar a nadie.

Cortes y quemaduras:

• Al insertar tubos de vidrio en tapones, humedecer el tubo y el agujero con agua, protegerse las manos con un trapo ygirar el vidrio mientras se introduce.• El vidrio caliente no se distingue del frío. • Debe descartarse el uso de vidrio agrietado.

Manejo de sustancias:

• Es conveniente leer siempre la etiqueta de cualquier reactivo antes de usarlo. Compruebe que se trata realmente dereactivo indicado y observe los símbolos y frases de seguridad que señalan los riesgos más importantes derivados de su

uso y las precauciones que hay que adoptar para su utilización.• Nunca saborear los productos. • Nunca pipetear con la boca. Los volúmenes de ácidos, bases concentradas y disolventes orgánicos se medirán conprobetas y en el caso de que se deban medir los volúmenes exactos usando pipetas se succionarán empleando peras oémbolos.• Los ácidos y bases concentrados se encuentran en la vitrina del laboratorio. En ningún caso deben sacarse de la vitrinacuando se requiera un volumen de estos reactivos se llevará el recipiente adecuado a la vitrina para tomar allí mismo lacantidad necesaria.• Para diluir un ácido concentrado, se debe añadir lentamente el ácido al agua contenida en un vaso, agitandoconstantemente y enfriando el vaso receptor. Nunca se debe añadir agua al ácido.



• Las disoluciones de reactivos, que no sean patrones ni muestras, se almacenan en botellas de vidrio o plástico que debenlimpiarse y rotularse perfectamente.• No tocar los productos químicos con las manos. Usar papel, espátulas, etc. Usar guantes para el manejo de reactivoscorrosivos y/o altamente tóxicos.• Las botellas se transportan cogidas del fondo, nunca de la boca.• Utilizar la campana de gases siempre que se trabaje con productos volátiles. • No oler acercando la nariz a la boca del recipiente.• Lavarse las manos a menudo, y siempre después de utilizar un reactivo nocivo y al dejar el laboratorio.

• Lavarse inmediatamente con agua abundante si se vierte una sustancia corrosiva sobre la piel.• En caso de duda sobre la manipulación de algún producto debe consultarse al profesor antes de proceder a su uso.

Eliminación de residuos:

• Los residuos y productos sólidos no deben abandonarse sobre la mesa ni deben arrojarse al fregadero, sino únicamente

a la basura.• El material de vidrio roto deberá descartarse en el recipiente especial para ese efecto.• Los desperdicios líquidos no contaminantes se pueden tirar por los desagües, dejando correr suficiente agua, pues

muchos de ellos son corrosivos. Los residuos contaminantes deberán verterse a los recipientes correspondientes queestarán indicados en el laboratorio.

Vestimenta:

• Es obligatorio usar la bata en el laboratorio la cual debe ser de color blanco mangas largas y de largo a nivel de la rodillas• Usar guantes y gafas de protección.

Incendios:

• No acercar ningún envase de reactivos cerca de una llama.• Cerrar siempre el mechero Bunsen cuando no se utilice mediante la llave incorporada y la llave de paso de la mesa. • No calentar en el mechero líquidos inflamables.• Utilizar los extintores adecuados para apagar cualquier incendio.

Medios de seguridad:

• Todos los alumnos tienen la obligación de saber utilizar y dónde está el extintor, el Lavaojos, la ducha y la salida de

emergencia más cercana.• Además de lo anterior, se prohíbe explícitamente: hacer prácticas no autorizadas, fumar, comer o beber en elaboratorio.• La permanencia en el laboratorio de personas ajenas al curso práctico.

• El incumplimiento de cualquier norma de seguridad puede acarrear la inmediata expulsión del laboratorio . Laresponsabilidad por las consecuencias de no cumplir esta norma dentro del laboratorio es enteramente del estudiante.

OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO

Toma de reactivos.

Al tomar un reactivo sólido o líquido de un frasco debe evitarse su contaminación teniendo en cuenta las siguientesnormas:



Un reactivo cristalino o en polvo se saca del frasco por medio de una espátula limpia y seca. Después de sacada defrasco, no se debe devolver ninguna porción de una muestra de reactivo.

Antes de sacar un reactivo del frasco, leer la etiqueta cuidadosamente, asegurándose de que se trata del reactivonecesario para la experiencia.

La parte interna del cierre de los frascos de los reactivos nunca se pone en contacto con la mesa u otras fuentes decontaminación.

Transferencia de sólidos. Las cantidades pequeñas de un reactivo sólido granulado o en polvo se transfieren desde unfrasco a un recipiente con una espátula limpia y seca. Para introducir un sólido en un recipiente de boca estrecha se

puede utilizar un embudo limpio y seco. Si el sólido se va a disolver, se puede pasar el disolvente a través del embudoen pequeñas fracciones para arrastrar todo el sólido.

Toma de Pesos.

Para pesar sustancias, utilizaremos balanzas digitales de 0.01 g de precisión. Al realizar una pesada, tenga en cuenta:

No pese nunca directamente sobre el platillo, sino sobre un vidrio de reloj o sobre algún recipiente de vidrio limpio yseco.

No pese nunca directamente sobre un papel.

Si ha adicionado más producto del necesario, no lo quite encima de la balanza pues puede dañarla.

Saque el vidrio de la balanza, retire un poco de producto y vuelva a pesar. Si todavía hay producto en exceso vuelva asacar el vidrio de la balanza y retire más. Finalmente, si falta producto, adiciónelo con cuidado con el vidrio sobre labalanza.

Antes de realizar una toma de peso, compruebe el cero de la balanza. Compruebe igualmente que ésta está niveladaDespués de usar la balanza, déjela completamente limpia.

Trasvase de líquidos.

Para evitar salpicaduras al verter un líquido de un recipiente a otro se apoya una varilla de vidrio sobre el pico delrecipiente en forma que el líquido fluya por la varilla y se recoja en el otro recipiente. Si el recipiente tiene una bocapequeña, se puede utilizar un embudo de vidrio seco y limpio en el que caiga el líquido procedente de la varilla.

Medición de líquidos.

Los líquidos pueden medirse determinando su volumen. Se utilizan cuatro instrumentos para la medida de volúmenes delíquidos:

Pipetas, probetas, buretas y matraces aforados. Estos instrumentos tienen marcas grabadas en su superficie queindican volúmenes de líquidos. Para medir el volumen, el nivel del líquido se compara con las marcas de graduaciónseñaladas sobre la pared del instrumento de medida.

Figura 1. Medición en probetas.



Dicho nivel se lee en el fondo del menisco que se forma en el líquido. Se obtienen lecturas exactas situando el ojo a laaltura del menisco. Bureta: Se emplea exclusivamente para medir volúmenes con exactitud en valoraciones.

Las buretas, en general, tienen las marcas principales señaladas con números que indican mililitros, y subdivisionesno numeradas que indican 0.1 mL están provistas de una llave para contro lar el flu jo de líquido. El uso de la buretaserá más eficiente si se maneja la llave o la pinza con la mano izquierda y con la derecha se agita el matraz con elcontenido. Es un instrumento muy preciso por lo que es necesario tomar algunas precauciones en su uso:

Nunca adicione líquidos calientes.

Después de limpiar la bureta, en las paredes interiores permanece adherida una cierta cantidad de agua que

diluirá el líquido que se adicione, cambiando su concentración. Antes de rellenar la bureta, enjuague tres

veces las paredes con una pequeña cantidad de la disolución.

La bureta se inclina y se gira de tal forma que toda la superficie interior esté en contacto con la disolución

utilizada para enjuagar.

La zona que hay entre la llave y la boca de salida debe quedar completamente llena de líquido. Para ello, se

llena la bureta por encima del cero y se abre la llave completamente hasta que se l lene dicho espacio con e

líquido.

Siempre se empieza a valorar con la bureta llena hasta el cero.

El enrase se hace tomando como indicador la parte baja del menisco.

El líquido debe caer lentamente para que no quede parte pegado a las paredes. Si quedan gotas en las paredes

signif ica que la bureta no está limpia.



PRACTICA 1

MEDICIONES Y TOMA DE DATOS

1.

Objetivos

Desarrollar destreza en la práctica de laboratorio

Practicar las normas de seguridad y trabajo dentro del laboratorio

Aprender a manipular equipos e instrumentación de laboratorio

2.

Introducción

Valorar la importancia de la medición en las operaciones de laboratorio como trascendental proceso, en el cual, debetenerse en cuenta la precisión y exactitud al expresar los resultados, de tal forma que haya rigor para identificar y evitarlos errores frecuentes que pueden llegar a sesgar las conclusiones finales de una experiencia o de un proyecto.

3. Metodología

3.1. Medir

Es la comparación de la magnitud que se está estudiando con un patrón de medidas. Si cada pe rsona tuviera su propiopatrón de medida, sólo él comprendería el valor de su resultado y no podría establecer comparaciones a menos quesupiera la equivalencia entre su patrón y el de su vecino. Por esta razón se ha acordado el establecimiento de un patrónque actualmente tiende a ser el Sistema Internacional (SI).

Se puede decir que el resultado de una medida es lo que se conoce como el va lor de la magnitud. Este valor debe iacompañado de su respectiva unidad de medida. Decir que la masa de una varilla es 80.4 no significa nada a menos quese diga que es 80.4 g, 80.4 kg, etc. Entonces es importante que las cantidades que se midan vayan acompañadas de susrespectivas unidades de medida.

3.2. Apreciación

Es la menor división en la escala de un instrumento. Cuando se lee en un instrumento con escala única, se aproxima lalectura a la división más cercana. Así , el máximo error que se puede cometer en dicha medición, es de más o menos la

apreciación. La apreciación de un instrumento de una sola escala se determina, escogiendo dos valores sobre la escalaque pueden ser consecutivos o no. Se hace la diferencia del valor mayor menos el menor y se divide entre el número departes en que está dividido. Por ejemplo, la apreciación de la siguiente escala está dada por la apreciación de uninstrumento es una indicación del error de la medida. Se habla entonces de la "precisión" de un instrumento: a menoapreciación, mayor precisión.



Tipos de medidas Las medidas en un laboratorio pueden ser directas (o fundamentales) o indirectas (o derivadas).

3.3. Medidas directas

Son el resultado de una comparación directa (usualmente con la ayuda de instrumentos) de una cantidad desconocida deuna entidad física, con una cantidad conocida o estandarizada de la misma entidad. Ejemplo: la medida de la longitud deuna varilla, la medida de la masa de un cuerpo, el tiempo transcurrido entre dos eventos, etc. Medidas indirectas: son

aquellas que resultan del cálculo de un valor como función de una o más medidas directas. Ejemplo: la velocidad, ladensidad, la presión, la determinación del volumenVe de una esfera que se basa en la medida directa de su diámetro D y del volumen Vc de un cubo que se basa en lasmedidas directas del largo, ancho y alto, a, b y e como sigue:

334 r V

e y 3

l V c Ecuación 1. Determinación volumen figuras geométricas

Cuando se realiza la medición de una magnitud un cierto número de veces, se observa que no todos los valores son igualesentre sí . Entonces, ¿cuál es el valor correcto?, ¿por qué los valores obtenidos son diferentes? Para contestar estaspreguntas se comenzará por tratar de dar una definición de valor "verdadero" de una magnitud física y para ello se dice

que es aquel valor que corresponde al hecho de medir una magnitud sin verse afectada por ningún tipo de error. Entérminos prácticos, esto no se puede lograr. Lo que resta es analizar los tipos de errores que pueden presentarse en unamedición.

3. Materiales

A continuación se enlistas los materiales y elementos de laboratorio que se han de emplear en la práctica:

Reglas

Escuadras

Nonios

Cuerpos geométricos regulares e irregulares, probetas,

Vasos de precipitados 250 mL

Balones aforados de 50 mL

Balanzas

Pipetas graduadas y volumétricas de 5, 10, 25 mL

4. Procedimiento

4.1 Utilizando los instrumentos de medida adecuados, determine la longitud del lado de cada uno de los cuadrados quese le entregan al grupo. Cada estudiante en el grupo debe efectuar tres mediciones (regla y dos escuadras distintas

consignarlas en la tabla 1.

Observaciones Longitud en cms



¿Son exactas las medidas? ¿La medición fue precisa? ¿Cuál es la diferencia entre precisión y exactitud? Expliquecon un ejemplo.

Calcule el promedio de las mediciones realizadas.

Indique cuál es la mediana de los datos obtenidos.

¿Cuándo debe usarse el promedio y cuando es preferible usar la mediana de una serie de datos? ¿Por qué?

Utilizando los datos de la Tabla 1 efectúe una curva de distribución normal . Qué indica la curva de distribuciónnormal acerca de la probabilidad de que las mediciones sea mayores que la mediana, en comparación con las quesean menores que la mediana. Explique.

¿Qué es la desviación estándar? ¿Cómo se calcula? Cuál es su interpretación y validez en un proceso que involucraprocesamiento de datos en trabajo de campo.

4.2. Con los instrumentos de medida que utilizó en el problema anterior determine el área de la base de los cuerposgeométricos regulares que se le entregan.

4.3. Determine para cada cuerpo geométrico (paralelepípedos, prisma y cilindro) su respectivo volumen y consígnelo enla tabla No 2.

Cuerpo geométrico regular VolumenParalelepípedo 1

Paralelepípedo 2

PrismaCilindro

4.4 Cuál procedimiento utilizaría para determinar el volumen del sólido irregular que tiene en la mesa de trabajo (Pequeñotrozo de roca no soluble). Determine el volumen en cada caso y consígnelo en la Tabla 3

Sólido irregular VolumenRoca 1Roca 2

Qué tipo de errores son frecuentes en las mediciones realizadas. ¿Cómo se pueden corregir estos errores?

Si el cuerpo es un polvo soluble en el líquido en el que se hace la medida ¿Cómo se puede determinar el volumen?

4.5. Para medir con la mayor exactitud 50 mL de agua. ¿Cuál de los siguientes equipos de laboratorio (Vaso de precipitadosprobeta o matraz aforado) utilizaría y por qué?

4.6. Efectúe la primera medición en el matraz aforado (50 mL) a una temperatura de 60 °C Enfríe hasta tempe ratura

ambiente (32 °C) y observe lo que pasa en el nivel del líquido. Rodee el matraz con hielo y siga enfri ando hasta 5 °C¿Qué ocurre? Saque el matraz del hielo y deje que la temperatura suba hasta 10 -c ¿qué ocurre ahora con el volumendel líquido? ¿Cuál es la temperatura adecuada para medir los 50 mL de agua? ¿Por qué?



PRACTICA 2

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS

1. OBJETIVOS

Determinar la densidad de sólidos usando el método de Arquímedes Determinar la densidad de sólidos usando el método de la probeta. Aprender a utilizar el picnómetro Determinar la densidad de una solución a diferentes temperaturas Trazar gráficos de densidad Vs. temperatura.

2.

INTRODUCCIÓNLa densidad es una propiedad general de todas las sustancias; su valor es específico para cada sustancia, lo cual permiteidentificarla o diferenciarla de otras. La densidad es una propiedad intensiva y su valor depende de la temperatura y dela presión. Se define como la masa de una sustancia presente en la unidad de volumen. Cada sustancia pura tiene unadensidad que es característica de la misma.

Los métodos para la determinación de densidades según el estado físico de la sustancia en cuestión son: Sólidos: Con balanza y probeta, balanza hidrostática, con picnómetro (sólidos pulverulentos). Líquidos: Con picnómetro, con balanza Mohr - Westphal , con densímetros, con aerómetros. Gases: Con balanza y balón para gases.

Con balanza y probeta es una aplicación directa del principio de Arquímedes. Con la balanza se halla la masa del cuerpo ysu volumen se mide por el agua desalojada de una probeta graduada.

2.1

DENSIDAD DE SÓLIDOS

2.2

Método de Arquímedes: La densidad de un sólido puede determinarse utilizando el Principio fundamental de laHidrostática o Principio de Arquímedes, que dice: “Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empujevertical hacia arriba, igual al peso del fluido desalojado por dicho cuerpo”. La figura 1 muestra el montaje para la

determinación de las densidades.

Matemáticamente se expresa como: Peso cuerpo sumergido en el fluido = Peso cuerpo en aire – F empuje (para el aguacon una densidad de 1 g/cm3). Esto proporciona un método para determinar el volumen de un cuerpo sólido aun cuandono tenga una forma geométrica definida. Según el Principio de Arquímedes,

F empuje = Volumen del cuerpo x Densidad del agua x g.

a. Principio de Arquímedes b. Método de la probeta.

Figura 1. Determinación de Densidades.



2.3

Método de la probeta: El sólido se sumerge con cuidado y completamente en una probeta que contiene un volumenexacto de agua (V o). Luego se lee cuidadosamente el volumen final (V f ). El volumen del sólido corresponde a ladiferencia:

V = ΔV = V f - V o (Ecuación 1)

2.4

DENSIDAD DE LÍQUIDOS

La densidad de los líquidos se determina de manera similar a como se mide la densidad de sólidos. En este casoemplearemos dos métodos: el del picnómetro y el de la probeta. Es necesario tener en cuenta la temperatura porque estainfluye en el valor de la densidad.

Un picnómetro es un pequeño frasco de vidrio de volumen exacto y conocido. Se pesa vacío, luego se l lena completamentecon el líquido cuya densidad se desea determinar y finalmente se pesa, ver figura 2.

Picnómetro

Figura 2. Determinación de Densidades de líquidos.

3. MATERIALES Y EQUIPOS

Equipos Materiales

1 Vaso de 500 ml.

1 Balanza.1 Pinza para tubo de ensayo.1 Soporte universal.1 Aro con nuez.1 Probeta.1 Picnómetro.1 Pipeta graduada de 10 ml.3 Vasos de 100 ml.

Acero.

Alumínio.Cobre.

Madera.Polímero.

Vidrio.Roca.

Agua destilada.Etanol.

4.

PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DE SÓLIDOS

4.1

Principio de Arquímedes

1. Pesar el sólido en estudio (Ws).2. Pesar un vaso parcialmente lleno de agua destilada (Wb).3. Atar el sólido en estudio con un hilo delgado y suspender en el vaso (figura 1b). El sólido no debe tocar las paredes de

vaso.4. se obtiene el peso del sistema y se anota su peso como (Wt).



4.2 Cálculos

1. En cada caso calcular la densidad utilizando la siguiente expresión

lìquidodel densidad W W

W sòlidodel Densidad

bt

s *)(

(Ecuación 2)

2. Determinar el volumen del sólido.

4.3

Método de la probeta1. Medir la masa del sólido.2. Verter agua en la probeta y medir su volumen.3. Introducir el sólido en la probeta con agua y medir el nuevo volumen.

4.2.1 Cálculos1. En cada caso calcular la densidad utilizando la siguiente expresión:

iVolumen

f Volumen

Masa

Densidad

A continuación se describen los procedimientos a seguir para la determinación de la densidad de sólidos:

5. PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DE LÍQUIDOS

5.1 Determinación de la densidad por el método del picnómetro

Se debe lavar muy bien el picnómetro y secar en una estufa graduada +/- 100°C. Una vez seco y frío:

1. Pesar el Picnómetro vacío y seco.

2. enjuagar el picnómetro con un poco del líquido de interés antes del llenarlo.3. Llénelo con el líquido de interés hasta el enrase.4. Repita el punto 2 y 3 para los diferentes líquidos en estudio.

5.2

Cálculo de la densidad utilizando picnómetro

En cada caso calcular la densidad utilizando la siguiente expresión:

picnómetrodel volumen

vacio picnómetro pesocia sus picnómetro peso Densidad

)()tan( (Ecuación 3)

6.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Obtener las densidades de cada sólido y líquido con sus respectivas incertidumbres.

Comparar las densidades de los sólidos que se obtienen utilizando los dos métodos (Arquímedes y de la Probeta)

Elabore gráficos de densidad Vs. temperatura para los líquidos estudiados, con los datos obtenidosexperimentalmente.

Compare los datos obtenidos en el experimento con los reportados en la literatura

Saque conclusiones de los resultados obtenidos.



7. RESPONDER EN LA HOJA DE DATOS

¿Qué método para determinar la densidad del sólido es más preciso, el que utiliza el principio de Arquímedes o el queutiliza la medida directa del volumen? Justifíquese.

Investigue sobre los diferentes métodos utilizados para determinar la densidad de sólidos y líquidos.

Nota: Para hacer el análisis de los resultados obtenidos tenga en cuenta el significado de densidad y las razones por las

cuales esta varía de un material a otro, o de una solución a otra, y su dependencia con la temperatura.

8.

Cuestionario a desarrollar en el pre-informe

1. Defina:a. Propiedades Extensivas.b. Propiedades Intensivas.

2. ¿Por qué debe suspenderse el sólido de una cuerda para determinar su densidad mediante el método de Arquímedes?

3. Consulta en la literatura la densidad de cada uno de los materiales propuestos en la práctica.

4. ¿Cómo influye la temperatura en el valor de la densidad de una sustancia?

5. ¿La densidad sirve como criterio para establecer la pureza de un líquido? Discuta.

• Si el volumen ( V) desplazado por el sólido en la probeta es muy pequeño, ¿recomendaría este método paramedir la densidad del sólido?

• ¿Por qué debe suspenderse el sólido de una cuerda para determinar su densidad mediante el método de

Arquímedes?

• ¿Se afecta apreciablemente la densidad de un sólido si se modifica la presión atmosférica? ¿La temperatura?



HOJA DE DATOS

Datos correspondientes al Método de Arquímedes.

MATERIAL MASA DELSOLIDO (gr)±0,01

MASA VASOCON AGUA(gr) ±0,01

MASA DELSISTEMA (gr)±0,01

DENSIDAD

DEL SÓLIDO(gr/cm3)±0,01

Acero

Promedio

Aluminio

Promedio

Latón

Promedio

Cobre

Promedio

Roca

Promedio

Ladrillo

Promedio

Observaciones generales correspondientes al método de Arquímedes:



Datos correspondientes al Método de la Probeta.

MATERIALMASA DEL

SOLIDO (gr)±0,01

VOLUMENINICIAL (mL)

±0,01

VOLUMENDESPLAZADO

(mL) ±0,01

DENSIDADDEL SÓLIDO

(gr/cm3)±0,01

Acero

Promedio

Aluminio

Promedio

Latón

Promedio

Roca

Promedio

LadrilloPromedio

Observaciones generales al método de la probeta:



Densidades de los sólidos en estudio.

MATERIALDENSIDAD MÉTODO DEARQUÍMEDES (gr/cm3)

±0,01

DENSIDAD MÉTODO DELA PROBETA (gr/cm3)

±0,01

DENSIDAD TEÓRICA(gr/cm3) ±0,01

Acero

Aluminio

LatónRoca

Ladrillo

Observaciones generales:



Datos correspondientes al Método del Picnómetro.

FLUIDO

MASAPICNÓMETROVACÍO (gr)±0,01

VOLUMENDELPICNÓMETRO(cm3) ±1,00

MASAPICNÓMETRO+ SUSTANCIA(gr) ±0,01

DENSIDADDEL FLUIDO(gr/cm3)±0,01

Aceite depino

Promedio

Etanol

Promedio

Etanol

Promedio

Observaciones generales al método del picnómetro:



Espacio para el desarrollo del análisis de resultados y dan respuestas a las preguntas realizadas en la guía en el numeral 7



PRACTICA # 3

TERMOPARES LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA DE MATERIALES

1.

OBJETIVOS

Familiarizarse con el uso y calibración de un termopar (termocupla).

Conocer los principios físicos en los que se basan diversos métodos para la determinación de la temperatura de uncuerpo.

Comprender los principios de la medición de temperatura con termopares.

2. INTRODUCCIÓN

Un termopar es un dispositivo para la medición de temperatura, basado en efectos termoeléctricos. Es un circuito formado

por dos conductores de metales diferentes o aleaciones de metales diferentes, unidos en sus extremos y entre cuyas

uniones existe una diferencia de temperatura, que origina una fuerza electromotriz. El principio de funcionamiento de los

sensores termoeléctricos se basa en los descubrimientos de Thomas Johann Seebeck (1822), Jean C.A. Peltier (1834) y

William Thompson (1847), denominados efecto Seebeck, efecto Peltier y efecto Thompson.

2.1 Efecto seebeck

Cuando las uniones de dos conductores se unen por sus extremos para formar un circuito, y se colocan en un gradiente

de temperatura, se manifiesta un flujo de calor y un flujo de electrones conocido como corriente Seebeck. La fuerza

electromotriz (FEM) que genera la corriente se conoce como fuerza electromotriz de termopar o tensión Seebeck. E

coeficiente Seebeck se define como dicha tensión derivada con respecto a la temperatura.

Figura 1. Termocupla



El efecto Seebeck es la suma de dos efectos independientes a saber:

o El potencial de contacto debido a la unión Metal-Metal.o El doble voltaje de Thompson debido a que cada uno de los dos metales tiene una diferencia de temperatura

entre sus extremos.o

2.2 Efecto Peltier

Consiste en el calentamiento o enfriamiento de una unión entre dos materiales distintos al pasar corriente por ella. A

invertir el sentido de la corriente se invierte también el sentido del flujo de calor. Este efecto es reversible e independiente

del contacto. Depende solo de la composición y de la temperatura de la unión.

2.3 Efecto Thompson

Consiste en la absorción o liberación de calor por parte de un conductor homogéneo con temperatura no homogénea po

el que circula una corriente. El calor liberado es proporcional a la corriente y por ello, cambia de signo al hacerlo el sentido

de la corriente. Se absorbe calor si la corriente y el calor fluyen en direcciones opuestas, y se libera calor si fluye en la

misma dirección.

La FEM de Seebeck es de principal importancia, ya que depende de la temperatura de la junta, puede usarse la termocuplamontada según el circuito de la figura 2; en trabajos de precisión se prefiere el montaje de la figura 3. Generalmente la

temperatura de referencia es un baño de Hielo-Agua (0ºC).

Figura 2. Representación esquemática de un sistema de termopar.(montaje para eliminar el efecto de las variaciones de

la temperatura ambiente.

Para usar una termocupla como termómetro se conecta a un mili-voltímetro, como se indica en la figura 2, donde se ha

supuesto que el metal de la conexión del mili-voltímetro es cobre. Las termocuplas parásitas M1-Cu y M2 – Cu se

encuentran a temperatura ambiente y cada una de ellas está produciendo su propio potencial de contacto parásito. Si la

Temperatura ambiente cambia, como suele hacerlo, cada Termocupla parásita cambiará su potencial de contacto de

manera distinta, produciéndose una diferencia de potencial parásita que variará al cambiar la Temperatura ambiente.



Figura 3. Termocupla modificada M1 – M2.

Los termopares se pueden calibrar usando sistemas de temperaturas conocidas, algunos de estos sistemas son los

siguientes:

Fusión del hielo: el hielo debe ser de agua destilada o desionizada. Punto de ebullición del agua.

Punto de condensación del naftaleno.

En trabajos que no requieren gran precisión se puede usar un termómetro calibrado y un baño de arena previamente

calentada a unos 300ºC, el enfriamiento lento de la arena permitirá tomar datos de temperatura del termómetro y FEM

de la termocupla.

Lamoureux presenta una ecuación empírica para convertir milivoltios a grados centígrados, la ecuación tiene la forma:

(Ecuación 1)

En donde T es la temperatura en grados centígrados y V es la fuerza electromotriz medida en la termocupla, en mili voltios

El valor de los coeficientes ao, a1, a2,…an se encuentran en la literatura de acuerdo al tipo o clase de termocupla con la cua

se trabaje.

3.

MATERIALES Y EQUIPOS

Tabla 1. Materiales y equipos para desarrollo de la práctica.

Equipos, materiales y reactivosBaño de hielo.

Termómetro de 300ºC.

Milivoltímetro digital.

Vaso Dewar.

Baño de arena.

Termocuplas

Vaso de 200 ml.

Probeta de 50 ml.

Sistema de calentamiento.

3

3

2

210 V aV aV aaT



Figura 4. Esquema del montaje

4.

PROCEDIMIENTO

Calibrar la termocupla usando como referencia la temperatura ambiente (figura 2). Tomar datos de temperatura y voltaje cada que la temperatura descienda 10ºC iniciando en 200ºC.

Calibrar las termocuplas con un baño a 0ºC (figura 3).

Tomar datos de temperatura y voltaje cada que la temperatura descienda 10ºC iniciado en 200ºC.

5.

Preguntas a desarrollar en el preinforme:

Defina:

Calor.

Temperatura.

Efecto Seebeck, efecto Peltier, efecto Thompson.

Termopar

Realizar el diagrama de flujo de la práctica.

6.

Análisis de resultados

Realizar en ambos casos, la gráfica de potencial contra temperatura. Determinar de las gráficas anteriores la ecuación del termopar.

Determinar la ecuación de sensibilidad del termopar. Definiendo la sensibilidad como dE/dT.

Determinar la sensibilidad promedia del termopar en el rango de temperatura de trabajo.

Calcular la variación mínima de temperatura que puede determinar con su sistema (medidor-termocupla).

Calcule el límite inferior de detección de su sistema (medidor-termocupla).



HOJA DE DATOS

1. Datos correspondientes a la temperatura ambiente.

Temperatura(°C) Voltaje (mV) PromedioDato 1 Dato 2 Dato 3

2. Desarrollo grafica potencial vs temperatura.

V o l t a

j e ( m V )

Temperatura (°C)



Análisis de datos a temperatura ambiente:

3. Datos correspondientes al baño de hielo.

Temperatura(°C)

Voltaje (mV)Promedio

Dato 1 Dato 2 Dato 3



Análisis de datos en baño de hielo:

V o l t a j e ( m V )

Temperatura (°C)



Análisis de resultados finales y respuestas a las preguntas:



PRACTICA No. 4

DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DE LÍQUIDOS Y SÓLIDOS

1. INTRODUCCIÓN

Si se transmite calor a un sistema, este se convierte en energía del sistema y se manifiesta por un aumento de temperatura

del mismo. A mayor cantidad de calor transferido, mayor será el aumento de la temperatura, pero si se cambia el sistema

una misma cantidad de calor transferida produce cambios de temperaturas diferentes, la relación entre la cantidad de

calor transferido y el cambio en la temperatura es una propiedad intrínseca del sistema.

Para una transformación a presión constante, la variación en la presión es cero (dp=0) y para el sistema se tiene que se

cumple la siguiente ecuación:

(1)

Esta ecuación relaciona el calor transferido desde el entorno con el aumento de temperatura del sistema. La razón dQ/dT

es C p, la capacidad calorífica del sistema a presión constante. Por lo cual se obtiene que:

(2)

Para cualquier transformación a presión constante, como dp=0, la ecuación se reduce a:

dT C dH p (3)

Para un cambio finito de estado de T1 a T2, y si Cp es constante en el intervalo de temperatura de interés, la ecuación se

convierte en

T C H p (4)

dT T

H dQ

p

p

p

p

pT

H

dT

dQC



Las ecuaciones presentadas son muy generales y aplicables a cualquier transformación a presión constante para cualquie

sistema de masa fija, siempre y cuando no se produzcan cambios de fase o reacciones químicas. Para rangos de

temperatura amplios, la capacidad calorífica varia con la temperatura Cp= ƒ (temp.). La energía suministrada por una fuente

de potencia es igual a V.I.t donde:

V=voltaje

I=corriente

t=tiempo

Sí un líquido se calienta por un conductor por el que fluye una corriente, basta medir el tiempo de calentamiento para

calcular la energía suministrada al líquido. Sí el proceso es totalmente adiabático, de acuerdo con la primera ley de la

Termodinámica, la energía disipada en la resistencia es ganada por el conjunto (liquido + Calorímetro).

El balance de energía es el siguiente:

(5)

Donde

mC C L L

´

; Donde´

LC es el calor específico del líquido y m la masa. Una gráfica de Tiempo Vs temperatura muestra

una línea recta. A partir de la pendiente se calcula la capacidad calorífica del líquido.

2. OBJETIVOS

Aprender a utilizar un calorímetro a presión constante.

Determinar la capacidad calórica del calorímetro.

Determinar la capacidad calorífica de líquidos en estudio con el método de paso de corriente.

Determinar la capacidad calorífica de sólidos en estudio.

teConsT C C VIt C L

tan




A continuación se presenta los equipos y materiales que se emplearan en la práctica.

Tabla 2. Equipos y materiales.

Equipos Reactivos y materiales

Calorímetro a presión constante

Conexiones.

Beaker (250 ml)

Termómetro

Probeta (100 ml)

Horno

Fuente de poder.Cronometro.

Agua destilada.

Etanol.

NaCl.

Aluminio

Cobre

Latón

4.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A continuación se describen los procedimientos a seguir para determinar la capacidad calórica del calorímetro:

4.1 Determinación de la CAPACIDAD CALORÍFICA DEL CALORÍMETRO.

4.1.1 Método de la mezcla de volúmenes de agua:

1. Mida 50 ml de agua a temperatura ambiente y viértala dentro del calorímetro.2. En la estufa, caliente 50 ml de agua hasta 80°C aproximadamente. Tómele la temperatura y viértala en el calorímetro

para producir la mezcla.3. Registre rápidamente la temperatura máxima que alcanza la mezcla.

Un balance de energía nos indica que la energía cedida por el agua a mayor temperatura es ganada por el agua a menor

temperatura y el calorímetro. El balance se puede escribir como:

(6)

T1= temperatura del agua calienteT2= temperatura del agua fría (ambiente)Tm= temperatura máxima alcanzadaCc=la capacidad calorífica del calorímetro

m1=la masa del agua a temperatura T1 m2=la temperatura del agua a la temperatura de T2. (En laliteratura se puede hallar el calor específico del agua a T1 y T2)

1122

2222

T T C mT T CcC mmO H O H mO H O H



4.1.2 Método de paso de corriente

La capacidad calorífica del calorímetro se halla calentando un volumen de agua en el calorímetro mediante el paso de

corriente por la resistencia. La energía en forma de calor que se disipa en la resistencia mediante el paso de una corriente

es: I 2RT , esta energía es ganada por el agua y el calorímetro. El balance es:

(7)

En forma diferencial y organizando los términos se tiene:C O H

C C m

R I

dt

dT

2

2

Una gráfica de Temperatura Vs Tiempo muestra una línea recta; con la pendiente de esta la línea se obtiene el valor de

de Cc (capacidad calorífica del calorímetro).

4.2

Determinación de la CAPACIDAD CALORÍFICA DE LÍQUIDOS EN ESTUDIO

4.2.1

Paso de corriente

1. Preparar el equipo (ver figura 1).2. Colocar dentro del calorímetro, 100 ml del líquido en estudio.3. Graduar la fuente de poder para una corriente de 2A. (o menos).4. Tomar la temperatura del líquido cada minuto durante 5 minutos (líquido a temperatura ambiente).5. Encender la fuente de poder y registrar la temperatura cada 20 segundos.6. tomar datos de temperatura hasta un incremento máxima de 10°C.

Figura 1. Esquema de la práctica

T C C mdT R I C O H O H

22

2



4.3 Determinación de la CAPACIDAD CALORÍFICA DE SÓLIDOS EN ESTUDIO.

Añada al calorímetro ~200 ml de agua a temperatura ambiente.

Mida con precisión la temperatura del agua y regístrela como T1.

Pese separadamente una cantidad del sólido en estudio seco.

Caliente en el horno la muestra metálica hasta una temperatura de 100°C aprox. (T2).

Transfiera el metal caliente al recipiente con agua lo suficientemente rápido para que no se enfríe.

Asegúrese de mezclar los contenidos del calorímetro para obtener una temperatura uniforme. Espere hasta que

la temperatura llegue a un valor estacionario y registre esta temperatura como T3. Repita el último procedimiento para otros metales.

Repita este procedimiento tres veces. Calcule el calor específico del metal usando la ecuación:

(8)

Donde K, es la capacidad calorífica del calorímetro. C1, calor especifico del agua. C2 calor especifico del metal en estudio

m1 masa del agua fría. m2 masa del agua caliente.

5.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Realizar una gráfica de Temperatura Vs Tiempo y a partir de la pendiente calcular la capacidad calorífica del líquidoen estudio. Para el método del paso de corriente.

Calcular la capacidad calorífica de los líquidos y sólidos empleados

Comparar con los valores reportados en la literatura.

¿Qué le pasa a un líquido o a un sólido cuando se calienta a volumen constante?

Explique cómo se calcula una capacidad calorífica media, muestre gráficas para varias sustancias de sus capacidadescaloríficas medias en función de la temperatura.



HOJA DE DATOS

1. Determinación de la capacidad calorífica del calorímetro.

Tamb:_______ Volinicial:_________ Vol incorp:___________ TMAX:_____________

2. Método paso de corriente.

Tamb:_______ Volinicial:_________ Vol incorp:___________ TMAX:_____________

Temperatura (°C) Tiempo ( )




3. Determinación de capacidad calorífica de líquidos.

Liquido1:__________Tamb:_________ Corriente:__________ Volumen de agua:___________





4. Determinación de capacidad calorífica de líquidos.

Liquido2:__________Tamb:_________ Corriente:__________ Volumen de agua:___________





5. Determinación de la capacidad calorífica de solidos:

Solido 1:

Masa del solido (gr):Volumen del agua (mL):

Temp. Agua (°C):Temp. Material (°C):Temp. Equilibrio (°C):

Solido 2:

Masa del solido (gr):Volumen del agua (mL):

Temp. Agua (°C):Temp. Material (°C):Temp. Equilibrio (°C):

Solido 3:

Masa del solido (gr):Volumen del agua (mL):Temp. Agua (°C):Temp. Material (°C):Temp. Equilibrio (°C):

Solido 4:

Masa del solido (gr):Volumen del agua (mL):Temp. Agua (°C):Temp. Material (°C):Temp. Equilibrio (°C):




Análisis de resultados y respuesta a las preguntas propuestas:



PRACTICA No. 5

DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE FUSIÓN DE UNA SUSTANCIA PURA

1.

OBJETIVOS

1.1 Encontrar el punto de fusión de una sustancia pura mediante curvas de calentamiento y enfriamiento.1.2 Enseñar como esta propiedad física se puede utilizar en la identificación de sustancias y en la evaluación de supureza.

2.

INTRODUCCIÓN

El punto de fusión es la temperatura a la cual la materia pasa de estado sólido a estado líquido (se funde). Es relativamente

insensible a la presión y, por tanto, es utilizado para caracterizar compuestos orgánicos y para comprobar su pureza.

El punto de fusión de una sustancia pura es siempre más alto y tiene una gama más pequeña que el punto de fusión de

una sustancia impura. La presencia de impurezas en la sustancia hace que la fusión ocurra a una temperatura más baja y

sobre un rango más amplio.

Para dos fases en equilibrio de una sustancia pura, el potencial químico debe ser igual en ambas fase

=

En general el potencial químico de una sustancia pura (potencial isobárico - isotérmico) se expresa de la siguiente forma:

=−+

() =− () =

Para la fase solida, liquida y gaseosa Ssolido<Sliquido<Sgas (para una misma sustancia); si graficamos el potencial quimico

versus temperatura a presion constante la curva tiene pendiente negativa, ya que la entropia molar (S) es positiva y a

mayor entropia mas negativa sera la pendiente, este comportamiento se muestra en la Figura 1.

http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura

http://es.wikipedia.org/wiki/Solido

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia_pura

http://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia_pura

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido

http://es.wikipedia.org/wiki/Solido

http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura



Figura 1. Potencial químico vs temperatura

El punto A, cruce de la curva solido liquido, muestra el equilibrio entre estas dos fases a la presion P, en estre punto μsolido

=μliquido, la temperatura Tf es la temperatura de fusion del solido a la presion P. Si esta presion es de 1 atm, Tf es la

temperatura de fusion normal del solido. El punto B representa el equilibrio liguido-gas, alli μliquido = μgas y Tb es latemperatura de ebullicion a la presion P. si P= 1 atm, entonces Tb es la temperatura de ebullicion normal del liquido.

Para la fase solida y liquida de una sustancia pura el potencial quimico es:

= − + = − +

Igualando estas ecuaciones, la temperatura de equilibrio esta relacionada con la presion de equilibrio mediante laecuacion:

⁄ = ∆ ∆

Donde ∆ = ̅ − ̅ y ∆ = −

Para el cambio de fase solido-liquido esta ecuacion es la ecuacion de clapeyron, ecuacion que se puede generalizar para

cualquier equilibrio de fases de una sustancia pura, es decir,

⁄ = ∆ ∆⁄

Para el caso del equilibrio solido-liquido, el cambio de entropia es el cambio de entropia de fusion (∆ ). Este ∆ es

siempre positivo. El cambio de volumen en la fusión (∆ ) es positivo para la mayoría de las sustancias y negativo para e

agua.

El análisis completo de la ecuación de Clapeyron nos presenta el diagrama de fases para una sustancia pura, que se

presenta a continuación en la Figura 2.



Figura 2. Diagrama de Fases para una sustancia pura

3. EQUIPOS Y REACTIVOS 1 Vaso de 400 ml

1 Tubo de ensayo mediano

1 Pinza de dos dedos y su nuez

1 Aro de hierro y su nuez

1 Rejilla

1 Mechero bunsen

2 Termómetros 0-110°C

1 Frasco de boca ancha de 500 ml para recolectar los residuos

4. PROCEDIMIENTO Enfriamiento: en un tubo de ensayo coloque 20 gramos de la solución a evaluar. Agarre el tubo por su parte superior con

una pinza de dos dedos adaptada con una nuez. Cogiendo el tubo por medio de la pinza, caliente los contenidos del tubo

sobre una llama baja agitando suavemente hasta que el sólido se haya fundido completamente. Luego introduzca el

termómetro en el tubo dentro del compuesto líquido y continúe calentando, agitando suavemente hasta que su

temperatura sea de unos 65°C. Sujete el tubo de ensayo en posición vertical en un soporte por encima de un vaso de 400

ml lleno con agua hasta unas 2/3 partes de su volumen. Utilizando un reloj se van a tomar lecturas de temperatura cada

30 segundos desde que se introduzca el tubo dentro del vaso que contiene el agua. Lea la temperatura del líquido en e

tubo y luego rápidamente introduzca el tubo en el vaso sin que toque el fondo del mismo sujetándolo al soporte con la

pinza. Sostenga el termómetro en el tubo un poco por encima del fondo del mismo y con el termómetro agite con suavidad

y continuamente el líquido. Tome lecturas de temperatura (estimando hasta 0,2°C) cada 30 segundos y anote losresultados en su hoja de datos. Observe lo que va sucediendo dentro del tubo anotando cuando empieza la solidificación

y cuando ya es completa. Suspenda la agitación cuando esta se hace un poco difícil debido a la formación de una buena

parte del sólido. Tome lecturas hasta unos 35 o 36 °C. No trate de sacar el termómetro del solido pues puede romperlo.

Déjelo tal como está.



Calentamiento: saque el tubo y sus contenidos del vaso. Coloque el vaso sobre un aro de hierro con su rejilla y caliente e

agua con un mechero hasta unos 70°C y apague luego el mechero. Lea la temperatura del material endurecido en el tubo

(tiempo 0), empiece a medir tiempo rápidamente, introduzca el tubo dentro del vaso con agua caliente. Mida la

temperatura del material cada 30 segundos (hasta 0,2°C) observando cuando empieza la fusión y cuando ya es completa

La temperatura del agua debe mantenerse a 70°C calentando el baño con el mechero cuando sea necesario. Cuando una

buena parte del solido se haya fundido puede agitar el líquido suavemente con el termómetro. Anote sus resultados y

observaciones en la hoja de datos. Tome lecturas hasta unos 60 a 62 °C. Finalmente saque el tubo con el líquido estudiado

fundido y cuidadosamente vierta este en el recipiente dispuesto para recolectar las muestras de todos los grupos en el

laboratorio.

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Realizar curva de enfriamiento y de calentamiento

Determinar el punto de fusión y punto de congelación, y comparar con valores reportados en la literatura.

6. PREGUNTAS PARA EL DESARROLLO DEL PRE-INFORME

a) Si usted dispusiera de una cantidad muy pequeña de muestra de un compuesto sólido ¿qué podría hacer paratomarle su punto de fusión?

b) Haga el análisis de la ecuación de Clapeyron para el equilibrio solido-gas y liquido-gasc) Sobre un diagrama de fases de una sustancia pura trace las curvas de equilibrio a dos presiones diferentes y

explique el desplazamiento de ellas.d) Muestre en el grafico P vs T porque un líquido sub-enfriado congela espontáneamentee) Explique porque cuando bajamos la presión del sistema, el sólido puede pasar directamente a gas (sublimación)



HOJA DE DATOS

1. Enfriamiento

Temperatura (°C) Tiempo ()




Punto de Congelación: ______ °C

2. Calentamiento

Temperatura (°C) Tiempo ()

T e m p e r a t u r a ( ° C )

Tiempo (min)



Punto de Fusión: ________ °C

OBSERVACIONES GENERALES:

T e m p e r a t u r a ( ° C

)

Tiempo (min)



Análisis de resultados y respuesta a las preguntas:



PRACTICA # 6

TENSIÓN SUPERFICIAL DE LÍQUIDOS

1. INTRODUCCIÓN

En la industria existen muchos procesos en los que el conocimiento de ciertos valores de propiedades, tanto físicas como

químicas, de las materias primas es esencial para el desarrollo de productos utilizados en la vida cotidiana en el campo de

la ingeniería, se vuelven imprescindibles si se desea obtener productos de mejor calidad y con el mejor rendimiento en e

procesamiento de las materias primas. Algunas de dichas propiedades son la densidad, la viscosidad y la tensión

superficial.

2. OBJETIVOS

Determinar la tensión superficial de líquidos.

Evaluar como varia la tensión superficial del agua destilada en función de la concentración de soluto.

3. ESTADO DEL ARTE

Los fenómenos superficiales son aquellos fenómenos físicos en los que intervienen fundamentalmente las moléculas que

se encuentran en la superficie de separación entre dos medios no miscibles. La energía de las moléculas en el interior de

líquido, la cual depende de la naturaleza del líquido principalmente, es diferente de la energía de las moléculas de la

superficie ya que estas últimas sólo están ligadas a otras moléculas del propio líquido por un lado de la superficie divisoria

Se llama energía superficial a la diferencia entre la energía de todas las moléculas junto a la superficie divisoria (de los dosmedios), y la que tendrían de hallarse estas moléculas en el interior de sus respectivos fluidos. Esta energía superficial es

por tanto proporcional al área de la superficie divisoria:

A este coeficiente de proporcionalidad γ, que depende de la naturaleza de los medios en contacto y de la temperatura,

se denomina coeficiente de tensión superficial. Las moléculas de un líquido se atraen entre sí, de ahí que el líquido esté

"cohesionado". Cuando hay una superficie, las moléculas que están justo debajo de la superficie sienten fuerzas hacia los

lados, horizontalmente, y hacia abajo, pero no hacia arriba, porque no hay moléculas encima de la superficie. El resultado

es que las moléculas que se encuentran en la superficie son atraídas hacia el interior de éste.3.1 Tensión Superficial

La superficie de cualquier líquido se comporta como si sobre esta existe una membrana a tensión. A este fenómeno se le

conoce como tensión superficial. La tensión superficial de un líquido está asociada a la cantidad de energía necesaria para

aumentar su superficie por unidad de área.

La tensión superficial es causada por los efectos de las fuerzas intermoleculares que existen en la interfase; depende de

la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. Líquidos cuyas moléculas tengan fuerzas de atracción

intermoleculares fuertes tendrán tensión superficial elevada.



En general, la tensión superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión disminuyen al aumentar la

agitación térmica. La influencia del medio exterior se debe a que las moléculas del medio ejercen acciones atractivas sobre

las moléculas situadas en la superficie del líquido, contrarrestando las acciones de las moléculas del líquido.

La figura 1 muestra esquemáticamente de forma cualitativa, la resultante de las fuerzas de interacción sobre una molécula

que se encuentra al interior del líquido y en la superficie.

Figura 1. Fuerzas de interacción de una molécula con el líquido.

3.1.1 Ley de Tate

El método de la ley de Tate para determinación de la tensión superficial se fundamenta en la formación de gotas. Esta ley

establece que el peso de la gota es proporcional al radio del tubo r (de donde se desprende) y a la tensión superficial de

líquido

La gota se desprende del tubo en el instante en el que su peso iguala a las fuerzas de tensión superficial que la sostiene y

que actúan a lo largo de la circunferencia AB de contacto con el tubo. Debido a que la gota no se rompe justo en el extremo

del tubo, sino más abajo en la línea A’B’ de menor diámetro y que no hay seguridad de que el líquido situado entre los

niveles AB y A’B’ sea arrastrado por la gota, la fórmula a emplear es:

= (2)

Siendo P el peso de la gota, y k un coeficiente de contracción que se ha de determinar experimentalmente.

Figura 2. Esquema del desprendimiento de la gota.




Tabla 3. Equipos y reactivos a emplear en la práctica.

Equipos ReactivosBureta.

Balanza que permita medir miligramos.Soporte universal.Pinza para bureta.Vidrio reloj.Controlador de flujo.

Agua destilada

EtanolJabón liquidoGlicerinaAceite

5. PROCEDIMIENTO

a.

Determinación de la tensión superficial de los líquidos en estudio.

La aplicación de la ley de Tate nos permite realizar medidas relativas de la tensión superficial. Conociendo la tensiónsuperficial del agua podemos medir la tensión superficial de los líquidos en estudio.

1. Llenar un cuentagotas (bureta) de agua cuya tensión superficial es .2. Dejar caer un número n de gotas sobre el vidrio reloj puesto en una balanza.3. Medimos la masa m del número n de gotas.4. Llenar el mismo cuenta gotas (bureta) con el líquido en estudio.5. Dejar caer el mismo número n de gotas sobre el vidrio reloj y medir su masa m´.

La ley de Tate nos dice que se deberá cumplir la relación:´ =

´

El agua destilada es el líquido de referencia cuya tensión superficial es 0.0728 N/m.

b.

Determinación de la tensión superficial de soluciones.

Repetir el procedimiento del numeral 4.1 para las siguientes soluciones:

Tabla 4. Soluciones a estudio

LIQUIDO 1 LIQUIDO 2 CONCENTRACIONES, % Vol.

AGUA ETANOL 10 30 50 60

AGUA JABÓN LIQUIDO 10 30 50 60



6. ANÁLISIS DE RESULTADOS

1. Determinar para cada líquido la tensión superficial.2. Realizar graficas de Tensión superficial Vs Concentración.

7. PREGUNTAS PREINFORME

1. Métodos existentes para la determinación de la tensión superficial de líquidos.

2. Como varia la tensión superficial de una sustancia en función de la temperatura.

3. Definir:a. Energía libre de superficie.b. Mojabilidad – ángulo de contacto.



HOJA DE DATOS

1. Determinación de la tensión superficial de los líquidos en estudio.

Numero de gotas (n): ______

Tabla 5. Masa de los líquidos en estudio.

Tabla 6. Tensión superficial de líquidos en estudio.

LÍQUIDOS MASA (Kg)

AGUA DESTILADA

PROMEDIO

ETANOL

PROMEDIO

JABÓN LIQUIDO

PROMEDIO

GLICERINA

PROMEDIO

ACEITE

PROMEDIO

LÍQUIDOS TENSIÓN SUPERFICIAL (N/m)

AGUA DESTILADA

ETANOL

JABÓN LIQUIDO

GLICERINA

ACEITE



2. Determinación de la tensión superficial de soluciones.

Numero de gotas: ______

Tabla 7. Masa de las soluciones en estudio.

LIQUIDO MASA DE LAS GOTAS (KG)

10 %VOL 30 % VOL 50 % VOL 60 % VOLETANOL

PROMEDIO

GLICERINA

PROMEDIO

Tabla 8. Tensión superficial de las soluciones en estudio.

LIQUIDO TENSIÓN SUPERFICIAL (N/M)

10 %VOL 30 % VOL 50 % VOL 60 % VOLETANOL

GLICERINA

Grafica 1. Tensión superficial vs concentración etanol.

0 10 20 30 40 50 60 70

T e n s i ó n s u p e r f i c i a l ( N / m )

Concentración (%vol)



Grafica 2. Tensión superficial vs concentración glicerina.

3.


0 10 20 30 40 50 60 70

T e n s i ó n s u p

e r f i c i a l ( N / m )

Concentración (%vol)



ANÁLISIS DE RESULTADOS:

guía de laboratorio fisicoquimica de materiales

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