LEY DE ENFRIAMIENTO

LEY DE ENFRIAMIENTO,

AGUA – DISOLUCIÓN SALINA

La temperatura de las disoluciones en el proceso de enfriamiento es evaluado considerando la ley de enfriamiento de Newton, se midió el enfriamiento del agua y una disolución salina de cloruro de sodio a 2248m sobre el nivel del mar, con termómetros de inmersión parcial, durante una hora en intervalos de cinco minutos. El análisis de los datos de realizó usando métodos gráficos adecuados para esta ley.

Los resultados obtenidos muestran una diferencia de enfriamiento considerable entre el agua y la disolución salina, siendo esta última la que enfría más rápidamente. Se concluye que la disolución salina enfría más rápido, debido a sus propiedades coligativas que difieren del agua por el soluto que tiene disuelto. Así también que la gráfica exponencial no se linealiza completamente por la influencia de distintos factores como la variación de la temperatura ambiente.

INTRODUCCIÓN

El enfriamiento de un sistema esta guiado por la Ley del enfriamiento de Newton, quien observó que al calentar al rojo un bloque de hierro y tras retirarlo del fuego, el bloque se enfriaba más rápidamente cuando estaba muy caliente y más lentamente cuando su temperatura se acercaba a la temperatura del aire. (1) Esta ley tiene aplicaciones muy útiles ya que nos sirve para hallar la temperatura de un sistema dado, en un tiempo determinado.

Para poder realizar un buen registro de cada una de las mediciones necesarias durante este enfriamiento es necesario conocer cuáles son los termómetros que más nos favorecen y que estos tengan una calibración correcta, o al menos conocer el margen de error.

Existen cuatros tipos de termómetros: bimetálico, bulbos y capilar, resistencia y vidrio (inmersión: parcial, total y completa). (2)

Pero para la medición de temperaturas en el proceso de enfriamiento en un laboratorio escolar donde la mayoría de los materiales de contención son pocos profundos es más viable la utilización de los termómetros de vidrio de inmersión parcial, (imagen 1) los cuales están diseñados para indicar la temperatura correctamente cuando el bulbo y una porción específica de la columna están inmersos en el medio a la temperatura que va a ser medida. (3)

En estos termómetros de vidrio es fácil ajustar su escala de medición en caso de no estar calibrados, con tan solo medir el punto de congelación y ebullición de una sustancia ya conocida, por ejemplo el agua (0 °C y 92.5 °C en el D.F.), se verifican estos dos puntos y simplemente dichas mediciones se sustituyen en una fórmula matemática y así se obtiene la temperatura correcta de cualquier temperatura medida con dicho termómetro.(4) Imagen 1 Termómetros de Vidrio,

Tipos de inmersión.

El presente trabajo tuvo como fin analizar el comportamiento de enfriamiento del agua y la disolución de cloruro de sodio por lo que el supuesto fue que debido a que el punto de ebullición de la disolución de cloruro de sodio es mayor que la del agua esta se enfriaría más rápido según la ley de Newton.

MÉTODO

Esta experimentación, se realizó en campus II de la FES-Zaragoza, D.F., a una altura de 2248 m sobre el nivel del mar y al inicio una temperatura ambiente de 22 °C, los registros se realizaron durante una hora después de retirar las dos sustancias de la parrilla eléctrica de calentamiento.

Calibración

Para llevar a cabo la medición de los registros, se inició con verificar que los dos termómetros que se utilizaron tuvieran bien alojados el punto de ebullición y congelación de una sustancia conocida, en este experimento se utilizó el agua, primero se verificó el punto de congelación para ello se colocó hielo fino en un embudo de tallo corto, el cual se sujetó con un anillo metálico en el soporte universal, con el apoyo de una pinza de doble presión se sujetó en el mismo soporte el termómetro, y se introdujo en el hielo el bulbo el cual quedó completamente cubierto, se esperó alrededor de 5 minutos para que la columna emergente de mercurio se estabilizara y se tomó el registro del punto de congelación, se tomaron dos registros más a intervalos de 2 minutos. Posteriormente se verificó el punto de ebullición para el cual se calentaron 100 mL de agua en un vaso de precipitado hasta su punto de ebullición, a esta se le aplicaron perlas de vidrios para liberar vapor, evitar sobresaltos y la pérdida de líquido, se introdujo en el agua el bulbo sin tocar las paredes y el fondo, al llevar la columna emergente a los 92.5 °C aproximadamente se esperó alrededor de 5 minutos para que la columna emergente de mercurio se estabilizara se tomó el registro del punto de ebullición, se tomaron dos registros más a intervalos de 2 minutos.

Preparación de la disolución de Cloruro de sodio (NaCl)

Para la preparación de la disolución a la 1 M, primero se pesaron en la balanza analítica 5.85 g de NaCl, los cuales se diluyeron en una poca cantidad de agua, una vez que se diluyó se transfirió a la probeta y se aforó hasta los 100 mL.

Enfriamiento

Se realizó el enfriamiento, en donde se colocaron 100 mL de agua y 100 mL de la disolución de NaCl en vasos de precipitado, estas se calentaron de 70-80 °C, cuando alcanzaron una temperatura entre este intervalo se retiraron de la parrilla, en el soporte universal con la pinza de doble presión se colocaron los dos termómetros calibrados introduciendo el bulbo en las disoluciones y se registró la temperatura cada 5 minutos por una hora.

RESULTADOS

De los resultados obtenidos en las repeticiones de cada verificación de la calibración se evaluó la repetición en cada uno de ellos y en el primer termómetro se aceptó como punto de congelación 1 °C y de ebullición 94 °C, y en el segundo termómetro como punto de congelación 0 °C y de ebullición 92 °C. (Tabla 1), al estar desalojados estos puntos del 0 °C y del 92.5 °C se realizó una corrección a cada medición realizada con dichos termómetros, mediante la siguiente expresión matemática: (Tabla 2) en donde tv =Temperatura correcta, tx= Cualquier temperatura tomada con dicho termómetro, tc = temperatura del punto de congelación desalojado, te= temperatura del punto de ebullición desalojado y t = temperatura de ebullición en el D.F (92.5 °C).

Tabla 1 Calibración. Verificación del punto de congelación y ebullición del agua.

Repetición Termómetro 1 Termómetro 2

Punto de congelación Punto de ebullición Punto de congelación Punto de ebullición

1 1 °C 94 °C 0 °C 92 °C

2 0 °C 93 °C 0 °C 92 °C

3 1 °C 94 °C 0 °C 92 °C

Tabla 2 Registro

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