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UNMSM Laboratorio de Física II
CAMBIOS DE FASE EN LA NAFTALINA
I. OBJETIVO
Determinar y descubrir la curva de fusión y de solidificación de la naftalina.
II. EQUIPOS / MATERIALES
1 Equipo de calentamiento (Mechero Bunsen) 1Soporte Universal 1 Tuvo de prueba 1Vaso de Pirex 2 Termómetros Cronometro Agua Naftalina Agarraderas Agitador
III. FUNDAMENTO TEORICO
Al cambio de fase de sólido a líquido de una sustancia se le denomina fusión, la temperatura asociada a este cambio se le denomina punta de fusión.
Al cambio de fase de líquido a sólido se le denomina solidificación, la temperatura asociada a este cambio se denomina punto de solidificación.En estos cambios de estado necesariamente interviene una energía de naturaleza térmica la cual es absorbida o disipada por el cuerpo. Esta tiene como fin hacer mas activas las moléculas que se encuentran ligadas por fuerzas activas; o en todo caso reagruparlas.
El punto de solidificación coincide con el punto de fusión y durante la solidificaron, el calor que fue absorbido en la fusión es liberado.
LA NAFTALINA
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La naftalina (C10H8) es un sólido blanco que se evapora fácilmente y se produce naturalmente cuando se queman combustibles. También se llama alquitrán blanco y alcanfor blanco, y se ha usado en bolas y escamas para polillas. Quemar tabaco o madera produce naftalina. Tiene un olor fuerte, aunque no desagradable. La 1-metilnaftalina y la 2-metilnaftalina son compuestos similares a la naftalina. La 1-metilnaftalina es un líquido transparente y la 2-metilnaftalina es un sólido; ambos pueden olerse en el aire y en el agua en concentraciones muy bajas.
El principal uso comercial de la naftalina es en la manufactura de plásticos de cloruro de polivinilo (PVC). El principal uso de consumo es en bolas para repeler polillas y en bloques desodorantes para cuartos de baño. Tanto la 1-metilnaftalina como la 2-metilnaftalina se usan en la manufactura de otras sustancias químicas como por ejemplo tinturas y resinas. La 2-metilnaftalina se usa también para hacer vitamina K.
La exposición a grandes cantidades de naftalina puede dañar o destruir una porción de sus glóbulos rojos. Esto puede hacer que el número de glóbulos rojos disminuya significativamente hasta que su cuerpo reemplace las células destruidas. Esta condición se llama anemia hemolítica. Algunos de los síntomas de la anemia hemolítica son fatiga, falta de apetito, agitación y palidez. La exposición a grandes cantidades de naftalina también puede causar náusea, vómitos, diarrea, sangre en la orina y una coloración amarilla de la piel. No hay estudios de seres humanos expuestos a la 1-metilnaftalina o 2-metilnaftalina.
Los animales a veces exhiben opacidad de los ojos después de tragar grandes cantidades de naftalina. No se sabe si esto sucede también en seres humanos. Respirar vapores de naftalina diariamente de por vida produjo irritación e inflamación de la nariz y los pulmones en ratas y ratones. Aun no está claro si la naftalina afecta el sistema reproductivo en animales; la mayoría de la evidencia es negativa.
La administración de 1-metilnaftalina y 2-metilnaftalina mezclada en la comida a ratones durante la mayor parte de sus vidas produjo la acumulación de un material anormal en los pulmones.
IV. PROCEDMIENTO TEORICO
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Primera Parte:
1. Coloque la naftalina y un termómetro, que eventualmente pueda servir como agitador (agite con cuidado), dentro de un tubo de prueba.
Tubo de ensayo Tubo de ensayo sin naftalina
Masa de la naftalina = masa del tubo de ensayo con naftalina - masa del tubo de ensayo
7.4 g
2. Vierta 400 ml. de agua al pirex. Anote este valor en la Tabla 1.
400 ml
3. Coloque el tubo de pruebas (naftalina + termómetro) dentro del pirex y un termómetro adicional en el agua. Como se muestra en la figura
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4. Caliente el agua y lea el termómetro el tubo de prueba hasta que la naftalina comience a fundirse. Observe la temperatura de ambos termómetros (la del tubo de prueba y del agua) mientras se esta produciendo la fusión. Anote este valor en la Tabla 1.
Intervalos de tiempo: 90 seg.
Tabla 1
# de Medidas t (s) T (°C) TN (°C)1 0 22.5 22.52 90 33 243 180 42.8 31.54 270 50.5 35.55 360 59 406 450 68.5 457 540 70 498 630 81 53.59 720 87 58.510 810 92 6111 900 94 63.512 990 97 6713 1080 98 8214 1170 98.5 84.5 (en el mismo proceso) 98°C
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82°C
5. Retire el tubo de prueba con la naftalina fundida. Mida la temperatura a cual la naftalina comience a solidificarse.
6. Quite el termómetro y deje que la naftalina se solidifique completamente. Observe la cavidad en la superficie de la naftalina solidificada. Describa su observación.
Se observa dentro del tubo de ensayo pequeñas partículas que poco a poco se van tornando de un color turbio. Generándose el proceso de solidificación; obteniendo al término de este proceso un pequeño agujero en el centro del sólido. Esto es debido a que las partículas experimentan un cambio de fase, reordenándose al tomar otra forma de estado.
Trace una gráfica de la curva de solidificación: Temperatura T versus tiempo t.(Ver Anexo 1 en la siguiente pagina)
A partir del gráfico . ¿Explique cómo se puede determinar que el cuerpo desprenda calor o se enfríe?
De acuerdo a la gráfica notamos que el cuerpo absorbe calor cuando la variación de la temperatura de la naftalina es positiva; es decir su temperatura aumenta hasta llegar a su punto de ebullición. En ese instante se quita el flujo de calor al cual fue sometida la naftalina, la temperatura empieza a disminuir (variación negativa) y la naftalina libera el calor absorbido antes, a fin de obtener una temperatura de equilibrio con el ambiente. Indique en que instante y a que temperatura se realiza el proceso de solidificación.
79.5°C
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90 seg.
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ANEXO 1
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Punto de Solidificación
Punto de Fusión
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Segunda Parte:
7. Repita el mismo procedimiento anterior pero con 100 ml. de agua en el pirex, caliente hasta que la temperatura de la naftalina fundida se aproxime a 100°C.
2.6 g
100 ml
Tabla 2
# de Medidas t (s) T (°C) TN (°C)1 0 23 232 30 26 23.53 60 31.5 24.54 90 40.5 25.55 120 48 286 150 51.5 30.57 180 64 358 210 70 39.59 240 77 4410 270 83 4911 300 88 5512 330 91 59.513 360 93.5 6614 390 96 72.515 420 97 7916 450 97.5 82.517 480 98 8718 510 98.5 8919 540 98.5 9220 570 98.5 93.521 600 98.5 9422 630 98.5 94.523 660 98.5 9524 690 98.5 95.225 720 98.5 95.6
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2.2 g
52.5 ml
(en el mismo proceso) 98.5°C
82.5°C
140 seg.
84°C
8. Retire el tubo de prueba y deje que la naftalina se solidifique. Mida la temperatura cada medio minuto. Agite nuevamente con el termómetro cuyo bulbo debe estar en el centro de la naftalina líquida cuando se tome la lectura. Describa sus observaciones.
Tabla 3
# de Medidas t (s) TN (°C)25 720 95.626 750 9127 780 89.528 810 8729 840 8530 850 81.531 870 8132 900 8033 930 78.534 960 7735 990 75.536 1020 7337 1050 70.5
(Ver Anexo 2 en la siguiente pagina)
Se logra observar que la temperatura no varía cuando la naftalina empieza a solidificarse, esto es debido a que se libera cierta cantidad de calor para cambiar de líquido a sólido. La temperatura de la naftalina cuando empieza enfriarse es una función lineal respecto al tiempo (salvo en el cambio de fase).
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ANEXO 2
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Punto de SolidificaciónPunto de Fusión
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9. Interrumpa el experimento cuando la temperatura este próxima a 70°C.¿Es posible determinar la cantidad de calor por unidad de tiempo que se desprende en el proceso de solidificación?
Si es posible.
Se sabe:
Si dividimos entre t:
Esto se puede hallar porque tenemos como dato: masa, Ce teórico,T y t.
¿Por qué el punto de fusión y solidificación coinciden durante la solidificación?
Esto es debido a que durante el calentamiento del agua, la naftalina poco a poco fue adquiriendo calor, a medida que el agua se iba calentando la naftalina absorbía cada vez más calor. El calor absorbido por la naftalina aumenta la dinámica de las partículas y disminuye la fuerza intermolecular entre estas generándose así la fusión. Después de ello se saca el flujo de calor al cual fue sometida el agua, consecuentemente se quita el calor suministrado a la naftalina del tubo de ensayo. En esta instancia la naftalina empieza a liberar el calor absorbido, dándose un proceso inverso a la fusión, con el fin de obtener el equilibrio termodinámico (naftalina-medio) y volver a su estado sólido inicial.
“El calor ganado o absorbido es igual al calor disipado o entregado en un cuerpo”.
Porque durante el experimento al calentar el agua, esto permita ganar calor a la naftalina que se encuentra dentro del tubo de ensayo; dicho calor ganado lleva a la naftalina inicialmente sólida a un progresivo aumento de dinámica entre las moléculas que la contienen disminuyendo la fuerza intermolecular de cohesión iniciando la fusión, pasando la naftalina de su estado inicial sólido a liquido, una vez que detenemos el incremento de calor y sacamos el tubo del recipiente, entonces la naftalina empezará a perder el calor que había ganado produciéndose un fenómeno de regresión de estado; volviendo a su estado original sólido y a la temperatura original, cumpliéndose que : Qganado = Qperdido.
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Si el punto de solidificación de la naftalina se considera 80°C ¿A qué se debe la diferencia observada en la gráfica?
La diferencia observada en la gráfica es debida a que la naftalina no va a generar un proceso eficiente al absorber o liberar el calor porque el sistema no se encuentra aislado, es por ello que existe un error.
Otro factor importante es por la destreza del operador en la toma de la temperatura y el tiempo, así como también el que el calor entregado al agua nunca va a ser continuo, siempre existe discontinuidad.
V. TAREA
1.-Explique en que consiste la fusión franca y fusión pastosa.
La fusion franca y la pastosa es un proceso que se dan ala vez esto hace referencia cuando la geometria del solido por ejemplo la naftalina que tiene cristales en su estructura cuando estos cambian de estado solido a liquido, es decir dejan de ser cristales ocurre este proceso de fusion.
2.-¿Cuáles son las posibles fuentes de error?
El suministro de energía térmica por unidad de tiempo no fue exactamente constante.
Errores de paralaje Las condiciones ambientales
Las malas condiciones en que estaban los tubos de ensayo (algunos residuos), que afectaron de alguna manera en las propiedades de la naftalina.
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VI. CONCLUCIONES
La naftalina es un sólido blanco que cambia de fase rápidamente, pasa del estado liquido al estadio sólido debido a que las moléculas pierden energía cinética muy rápido puesto que la naftalina tiene a igualarse con la temperatura del ambiente (cumpliéndose “la ley cero de la termodinámica”).
La temperatura de la naftalina aumenta normalmente hasta alcanzar el punto de fusión donde permanece constante.
En el proceso de solidificación la cantidad de calor por unidad de tiempo se mantiene un poco variable.
VII. OBSEVACIONES Y RECOMENDACIONES
Colocar una cantidad moderada de Naftalina en el tubo de ensayo, que entre sin estar apretado y al ser colocado en baño Maria el agua tapa toda la masa de a naftalina.
La cantidad de naftalina no debe sobrepasar el nivel de agua en el pirex ,porque la parte que sobrepasa este nivel, no logra cambiar de estado
Medir la temperatura de la naftalina liquida dentro del tubo de ensayo, sacar con cuidado el termómetro este podría romperse.
Al poner tubo de ensayo en el recipiente, usando la agarradera no ajustar demasiado el tubo de ensayo, podría rajarse o quebrarse pudiendo terminar en el agua hervida rompiéndose.
Tratar no tener mucho contacto con la naftalina este sólido desprende un olor muy toxico provocando nauseas u otros malestares que no solemos contraer.
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