Calor Latente

CALOR LATENTE

Definición.

Se define como la cantidad de calor que necesita una sustancia para pasar del estado sólido a líquido o de líquido a gas sin cambio de temperatura. En el caso del agua, el calor latente de fusión del hielo se define como la cantidad de calor que necesita un gramo de hielo para pasar del estado sólido al líquido manteniendo la temperatura constante en el punto de fusión (273 k).

Calor latente de fusión del hielo a 0 0 C, 80 cal/g

Calor latente de evaporación del agua a 100 0 C, 540 cal/g.

Determinación del calor latente de fusión del hielo.

Para determinar el calor latente de fusión del hielo, L, se utiliza el método de las mezclas que consiste en mezclar en un calorímetro cierta cantidad de hielo con otra cantidad de agua y medir la temperatura de equilibrio de la mezcla. De esta forma el calor ganado por el hielo será igual al calor perdido por el agua.

Determinación del equivalente en agua del calorímetro.

Es la masa de agua capaz de absorber la misma cantidad de calor que el calorímetro para una misma elevación de temperatura. Para calcularlo, se vierte un volumen conocido de agua (M1) a una temperatura (Tc) superior a la temperatura ambiente. Por otro lado se enfría otra cantidad de agua (M2) hasta una temperatura (Tf) inferior a la temperatura ambiente y se añade al calorímetro.

Se agita y se mide la temperatura (Te) del equilibrio de la mezcla. El calor ganado por el agua fría es igual al calor perdido por el agua caliente y el calorímetro:

C (M1 + K) (Tc-Te) = CM2 (Te-Tf)

Donde C es el calor específico del agua (1 cal/g K) y M1 y M2 las masas de agua caliente y fría respectivamente. Estas masas se calcularán a partir de la densidad del agua correspondiente a cada temperatura. Finalmente, el equivalente en agua del calorímetro (K) será:

K = M1Tc-Te / M2 (Te-Tf) = - M1

Para determinar el calor latente del hielo, se pesa el calorímetro con una cierta cantidad de agua (M) a una temperatura superior a la atmosférica (Tc). Se añaden, al calorímetro unos fragmentos de hielo muy picado y se agita hasta que se tenga una temperatura estacionaria (Te). Se pesa de nuevo el calorímetro para obtener la masa del hielo (m). En este caso: calor cedido por el agua y el calorímetro = calor absorbido por el hielo para pasar a líquido + calor absorbido para pasar de la temperatura de fusión (Tf) a Te.

C (M + K) (Tc –Te) = mL + mC (Te – Tf)

CALOR SENSIBLE.

Calor sensible es aquel que recibe un cuerpo o un objeto y hace que aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su estado. En general, se ha observado experimentalmente que la cantidad de calor necesaria para calentar o enfriar un cuerpo es directamente proporcional a la masa del cuerpo y a la diferencia de temperaturas. La constante de proporcionalidad recibe el nombre de calor específico.

El nombre proviene de la oposición a calor latente, que se refiere al calor "escondido", es decir que se suministra pero no "se nota" el efecto de aumento de temperatura, ya que por lo general la sustancia a la que se le aplica aumentará su temperatura en apenas un grado centígrado, como un cambio de fase de hielo a agua líquida y de ésta a vapor. El calor sensible sí se nota, puesto que aumenta la temperatura de la sustancia, haciendo que se perciba como "más caliente", o por el contrario, si se le resta calor, la percibimos como "más fría".

Para aumentar la temperatura de un cuerpo hace falta aplicarle una cierta cantidad de calor (energía). La cantidad de calor aplicada en relación con la diferencia de temperatura que se logre depende del calor específico del cuerpo, que es distinto para cada sustancia.

El calor sensible se puede calcular en algunos casos simples:

• Si el proceso se efectúa a presión constante:

En donde H es la entalpía del sistema, m es la masa del cuerpo, es el calor específico a presión constante (definido como la cantidad de calor requerida para aumentar en un grado la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo a presión constante), es la temperatura final y es la temperatura inicial del cuerpo.

• Si el proceso se efectúa a volumen constante:

En donde U representa la energía interna del sistema, n son las moles de la sustancia y es el calor específico a volumen constante. Los valores de calor específico varían también con la temperatura ambiente y el estado físico de agregación de las sustancias.

LEY DE DALTON.

PRESIÓN PARCIAL DE UN GAS EN UNA MEZCLA GASEOSA

Cada componente de una mezcla gaseosa ejerce una presión parcial igual a la que ejercercería si estuviera solo en el mismo volumen, y la presión total de la mezcla es la suma de las presiones parciales de todos los componentes.

Esta ley es de particular importancia cuando se trata de gases recogidos sobre agua, los cuales están saturados de vapor de agua, o gases húmedos, es necesario acotar que el volumen ocupado por el gas seco y el gas húmedo es el mismo si no varía el recipiente; pero las presiones del gas seco y del gas húmedo son distintas, cumpliéndose la siguiente ecuación

Presión total gas húmedo = Presión parcial gas seco + Presión parcial vapor de agua

Valgámonos de un ejemplo para explicar el fenómeno:

Si tenemos 2 litros de hidrógeno húmedo a 20 ºC, los 2 litros representan el volumen ocupado por el hidrógeno y el vapor de agua, pero si la presión de la mezcla es de 760 mm Hg, esta presión será la suma de la presión de vapor a 20 ºC y la presión parcial del hidrógeno, entonces:

DATOS:

Presión parcial vapor de agua a 20 ºC = 17,5 mm Hg

Presión total mezcla de gases = 760 mm Hg

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