Instituto Tecnológico de Mexicali

Ingeniería Química

Materia:

Laboratorio Integral I

Tema:

Práctica

Expansión y compresión volumétrica

Integrantes:

Nombre del profesor

Norman Edilberto Rivera Pazos

Mexicali, B.C. a 8 de mayo de 2015

Aranda Sierra Claudia Janette

Castillo Tapia Lucero Abigail

Cruz Victorio Alejandro Joshua

De La Rocha León Ana Paulina

Guillén Carvajal Karen Michelle

Lozoya Chávez Fernanda Viridiana

Rubio Martínez José Luis

12490384

11490627

12490696

11490631

12940396

12490402

12490417

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Índice

Práctica

Título: “Expansión y compresión volumétrica”

Objetivo 2

Introducción 2

Marco teórico 3

Definición de expansión y compresión volumétrica 3

Fórmula para la obtención de expansión o compresión volumétrica. 3

Coeficiente de expansión térmica de algunas sustancias 4

Relación entre coeficiente de dilatación térmica y coeficiente de expansión volumétrica.

4

Aplicaciones de coeficiente de expasión o compresión volumetrica 5

Material, equipo y reactivos 5

Procedimiento 5

Cálculos 6

Análisis 7

Observaciones 8

Evidencias 8

Bibliografía 9

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Práctica extra

Título:

“Expansión y compresión volumétrica”

Objetivo:

Demostrar experimentalmente como tanto el agua como el etanol mediante un cambio de

temperatura, este puede incrementa su volumen o de manera contraria compactarse, así como

la obtención del coeficiente de expansión y compresión volumétrica.

Objetivos específicos:

Visualizar el volumen de expansión del agua y del etanol.

Visualizar el volumen de contracción del agua y del etanol.

Obtención del coeficiente de expansión y compresión volumétrica en cada caso.

Comparar valores con los teóricos existentes.

Introducción

Todos los cuerpos están sujetos al fenómeno de la dilatación o expansión cuando son

expuestos a temperaturas diferentes. Generalmente cuando nosotros calentamos algún cuerpo,

o alguna sustancia, esto tiende a aumentar su volumen (expansión térmica). Y si nosotros

enfriamos algún cuerpo o sustancia esto que tiende a disminuir su volumen (compresión

térmica). Existen algunas sustancias anómalas que se comportan de forma opuesta en

condiciones especiales, es decir, cuando se calientan se contraen y cuando se enfrían se

expanden, pero son muy raros.

Las fuerzas de atracción en un líquido causan que las moléculas permanezcan juntas, y el

aumento de la presión casi no produce efectos sobre el volumen, debido a que ha poco espacio

libre dentro del cual se puedan aglomerar las moléculas. Por tanto, los líquidos son

prácticamente incompresibles. De manera semejante, los cambios en la temperatura solo

ocasionan pequeños cambios de volumen. El aumento del movimiento molecular va

acompañado de una elevación de la temperatura y tiende a aumentar la distancia

intermolecular, pero a esto se opone las poderosas fuerzas de atracción.

Los efectos más comunes que ocasionan las variaciones de temperatura en los cuerpos o

sustancias, son los cambios de sus dimensiones y los cambios de fase. Nos referiremos a los

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cambios de dimensiones de los cuerpos sin que se produzcan cambios de fase. Llamamos

dilatación al cambio de dimensiones que experimentan los sólidos, líquidos y gases cuando se

varía la temperatura, permaneciendo la presión constante. La mayoría de los sistemas

aumentan sus dimensiones cuando se aumenta la temperatura.

Marco teórico

Definición de expansión y compresión volumétrica

Expansión volumétrica: La expansión volumétrica

(también llamada térmica) es la tendencia de los

líquidos al aumento de volumen en respuesta a un

cambio de temperatura. Generalmente cuando una

sustancia se calienta, sus partículas empiezan a

moverse y se vuelven activas, manteniendo así una

separación superior a la media. Existen sustancias que se

contraen con el aumento de temperatura son raros, pero si existen.

Comprensión térmica: La comprensión volumétrica (también llamada térmica) es la tendencia

de los líquidos a la disminución de volumen en respuesta a un cambio de temperatura.

Generalmente cuando una sustancia se enfría, sus partículas empiezan a juntarse y se vuelven

menos activas, manteniendo así una unión superior a la media. Existen sustancias que se

expanden con la disminución de temperatura son raros, pero si existen.

Fórmula para la obtención de expansión o compresión volumétrica.

“La expansión o comprensión volumétrica es directamente proporcional a un coeficiente de

expansión o compresión volumétrica multiplicado por su volumen inicial y la diferencia de

temperaturas”. Matemáticamente podemos expresarlo de la siguiente manera:

∆V=βV 0(T f−T i)

Donde:

∆V=V f−V i = expansión o comprensión volumétrica (ml).

β = coeficiente de expansión o comprensión volumétrica (oC-1).

V 0 = volumen inicial (ml).

T f−T i = diferencial de temperaturas (oC).

Fig. 1 Expansión volumétrica del agua

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Para calcular el coeficiente de expansión o compresión volumétrica de la formula anterior lo

podemos despejar, quedando expresado de la siguiente manera:

β= ∆VV 0(T f−T i)

Como se pudo observar, se utiliza la misma forma para calcular el coeficiente de expansión o

compresión volumétrica. Estos coeficientes son numéricamente iguales, diferenciándose

solamente en el signo, ya que si la sustancia se comprime este resulta negativo y si la sustancia

se expande este resulta positivo.

Coeficiente de expansión térmica de algunas sustancias

Sustancia β(oC-1)

Agua 2.1 x10-4

Etanol 1.1 x10-3

Gasolina 3.2 x10-4

Mercurio 6.1 x10-5

Acetona 1.5 x10-4

Acero 1.2 x10-5

Vidrio 8.5 x10-6

Relación entre coeficiente de dilatación térmica y coeficiente de expansión volumétrica.

Hablamos de expansión volumétrica cuando se produce aumento en las tres dimensiones, por

lo tanto todas las dimensiones del cuerpo son igualmente relevantes.

El efecto de la dilatación en los líquidos es más evidente que en los sólidos: al encontrarse sus

moléculas con más libertad para moverse, el volumen que ocupa cada una aumenta más

fácilmente con la temperatura, por lo que también lo hace el volumen del líquido en su conjunto.

Generalmente en coeficiente de dilatación térmica y de expansión son directamente

proporcionales, es decir, al aumentar la temperatura aumentan su volumen.

Solo en casos muy extraños esto no es así. Algunos líquidos se comportan de manera

anómala en ciertos intervalos de temperatura y presión, aumentando su volumen cuando

disminuye su temperatura y viceversa. Es el caso del agua a 1 atm de presión y en el intervalo

de 0 ºC a 4 ºC. Este comportamiento es muy importante para que pueda existir la vida.

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Aplicaciones de coeficiente de expasión o compresión volu metrica

El conocimiento del coeficiente de dilatación o expansión adquiere una gran importancia técnica

en muchas áreas del diseño industrial. Un buen ejemplo son los rieles del ferrocarril; estos van

soldados unos con otros, por lo que pueden llegar a tener una longitud de varios centenares de

metros. Si la temperatura aumenta mucho la vía férrea se desplazaría por efecto de

la dilatación, deformando completamente el trazado. Para evitar esto, se estira el carril

artificialmente, tantos centímetros como si fuese una dilatación natural y se corta el sobrante,

para volver a soldarlo. A este proceso se le conoce como neutralización de tensiones.

El el caso de los liquidos, existen reactores que trabajan generalmente con sustancias liquidas

o gaseosas, que manejan altas temperaturas. Es importante conocer el alcance que tendra la

expansion de la sustancia para el diseño de estos, puesto que si no se deja el espacio sufiente

para la expansion, la presion de estos aumentaria demasiado, generando asi una explosion

dentro de este, la cual propiciaria muerte de personas.

Material, equipo y reactivos

Material y equipo Reactivo

2 Vaso de ppt 2000 ml Agua-hielo2 Termómetro Etanol12

ParrillaGuantes

1 Bureta 50 ml1 Tapón con dos orificios1 Matraz de fondo plano 500 ml1 Acoplador de plástico1 Probeta 500 ml1 Soporte universal1 Pinzas

Procedimiento:

1. Limpiar los materiales a utilizar y ordenar el equipo.

2. Colocar 500 ml de agua en un vaso de precipitado de 2000 ml.

3. Poner a hervir a 100 grados el vaso de precipitado de 2000 ml.

4. Colocar 450 ml* de la sustancia a estudiar en una probeta, para luego disponerla en

un matraz de fondo plano.

*Colocar más volumen de agua hasta llenar el matraz, no olvidar apuntar el volumen.

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5. Colocar tapón, donde por un orificio se colocara un termómetro (medir temperatura),

mientras en el otro se acoplara la bureta. Cuidar que no haya fugas.

6. Poner por la parte superior de la bureta con la probeta cierta cantidad de agua hasta

llegar a un nivel donde se pueda tomar como estándar. Marcar bureta para tener un

punto de partida.

*Sumar la cantidad de volumen dispuesto con el fin de obtener un volumen final.

7. Colocar el matraz en el vaso de precipitado con agua caliente.

8. Observar la expansión volumétrica. Registrar el cambio en el volumen y tomar

medida de la temperatura.

9. Retirar el matraz del vaso de precipitado y esperar a que este regrese a su

temperatura inicial. También se puede desechar el agua y volver a llenarla con agua

ambiente.

10. Colocar agua con muchos hielos en el otro vaso de precipitado, tratando de no

sobrepasar el nivel de 500-1000 ml.

11. Colocar el matraz en el vaso de precipitado.

12. Repetir paso 9 y 10 pero ahora considerando una compresión volumétrica.

Nota: Para mayor seguridad, colocar el soporte universal y las pinzas para detener el sistema

bureta-matraz.

Cálculos, resultados y gráficas

Como sabemos existen dos maneras de calcular el aumento o disminución del volumen cuando

se trata de una expansión o contracción volumétrica (es la misma fórmula pero con una

pequeña variación), por lo que se decidió utilizar la siguiente manera para obtener el valor del

coeficiente de expansión y contracción de manera directa, ya que gracias al experimento,

podemos observar el cambio en el volumen.

∆V=βV 0(T f−T i)

Donde ∆V=V f−V iPor lo tanto, el coeficiente de expansión y compresión quedaría de la siguiente manera para

calcularse:

β= ∆VV 0(T f−T i)

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Resultados

(Expansión)

Sustancia V f (ml) V i(ml) ∆V (ml) T f (℃) T i(℃) β ( 1℃ )Agua 585 579 6 67 24 0.000241

Etanol 614 572 42 53 27 0.0028241

(Contracción)

Sustancia V f (ml) V i(ml) ∆V (ml) T f (℃) T i(℃) β ( 1℃ )Agua 563 565 -2 12 26 0.0002528

Etanol 431.5 455 -23.5 33 48 0.0034432

Análisis

Cuando comenzamos a observar que el volumen incrementaba cuando se aumentaba la

temperatura y este disminuía cuando el fluido se enfriaba, aunque esto ya lo esperábamos por

el conocimiento teórico, no fue suficiente para quitarnos la emoción de ver dicho efecto.

En cuanto a los resultados estamos completamente satisfechos, que aunque no son los teóricos

al pie de la letra, el número es muy próximo. En el valor del etanol nos encontramos que no es

completamente el teórico, posiblemente porque el etanol que usamos era reciclable, y puede

estar en forma de mezcla como uno de los posibles casos. Aunque esta variación es muy poca,

entonces era mayormente etanol.

Sustancia Emisividad calculada Emisividad teórica

Agua (Expansión) 2.41 x10-4 2.1 x10-4

Agua (Compresión) 2.528 x10-4 2.1 x10-4

Etanol (Expansión) 2.8241 x10-3 1.1 x10-3

Etanol (Compresión) 3.4432 x10-3 1.1 x10-3

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Como podemos observar, los valores en el caso de expansión y compresión del mismo líquido

son muy parecidos, lo que concuerda con lo pensado y buscado sobre dichos valores.

También algo que es necesario decir, es que tanto la expansión como la compresión del etanol

fueron mucho más rápido a diferencia del agua, y eso se puede observar en el delta de

volumen.

Observaciones

Estar al pendiente de las temperaturas.

Graben completamente el resultado del experimento.

Poner a calentar el agua al inicio.

Evidencias

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Bibliografías

Fuentes de libros

Brown Theodore. (1998). “Quimica la ciencia central”. Ed. Pearson educacion. 7ma

edicion.

Chang R. (2004). “Quimica”. Ed. Mc Graw Hill. 4ta edicion.

Martinez Peidro. (1988). “Quimica general en cuestiones con respuestas multiples”. Ed.

Alambra. 1ra edicion.

Fuentes electrónicas

http://136.145.236.36/isdweb/Curso-fisica-2/Presentaciones/pres63012.pdf

http://docsetools.com/articulos-expansiontermica/article_106281.html

https://www.fisicalab.com/apartado/dilatacion-termica#contenidos

Nivel 1

Nivel 2 (Expansión)Nivel 2

(Contracción)

Nivel 1

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