PRÁCTICA 11: CÁLCULO EXPERIMENTAL DEL CALOR ESPECÍFICO DEL ALCOHOL.

Objetivo:

Calcular el calor específico del alcohol etílico de forma experimental. Se sabe que el valor teórico del calor específico del agua es 4180 J/(kg·K).

Fundamento teórico:

El calor o energía calorífica se mide en Julios (J). Es la unidad en la que se mide la energía en el Sistema Internacional.

Para calcular el calor que gana o pierde un cuerpo se aplica la siguiente fórmula:

Q = m· c_e·(T_f - T_i)

Siendo: Q = calor (J);   m = masa (kg) ;  c_e = calor específico (J/(kg·K)) ;  T_f = temperatura final ;  T_i = temperatura inicial

Si mezclamos dos masas, m₁ y m₂, a diferentes temperaturas, T₁ y T₂, se produce un intercambio de calor desde la masa de mayor temperatura hacia la masa de menor temperatura. La fórmula que tenemos que utilizar para comparar los calores intercambiados entre dos masas, es:

Q _cedido + Q _ganado  = 0

m₁·c_e·(T_eq – T₁) +  m₂·c_e·(T_eq - T₂) = 0

Siendo T_eq la temperatura de equilibrio, cuando han pasado unos segundos tras mezclarse las dos masas.

Material:

·         Un calorímetro.

·         Vaso de precipitado.

·         Un termómetro.

·         Una balanza.

·         Agua y alcohol etílico.

·         Mechero o placa calefactora para calentar el agua.

Procedimiento:

1.    Calentar agua en un recipiente hasta que alcance entre 70 y 80º C.

2.    Echar unos 250 g de agua caliente en el calorímetro (anotar exactamente los gramos de agua). Tapar el calorímetro e introducir por la tapadera un termómetro hasta el fondo del recipiente. Mantener un minuto agitando y después anotar la temperatura.

3.    Medir unos 150 g de alcohol con la balanza (anotar la cantidad exacta) y medir con un termómetro la temperatura exacta del alcohol.

4.    Echar el alcohol en el calorímetro junto con el agua caliente. Tapar el recipiente, remover la mezcla y dejar unos segundos hasta que la temperatura se estabilice y anotar la temperatura.

5.    Sustituir los datos medidos en la fórmula y despejar el valor del calor específico del alcohol de la ecuación. Para el agua fría utilizamos el valor teórico del calor específico, c_e = 4180 J/kg·K, y para el alcohol despejamos el valor de c_e como incógnita.

Informe de laboratorio:

a)    Anota los datos que has medido:

Sustancia	Masa (kg)	Temperatura (º C)
Agua	m1 =	T1 =
Alcohol etílico	m2 =	T2 =
Mezcla de agua y alcohol		Teq  =

b)   Calcula el valor del calor específico del alcohol, c_e, sustituyendo los datos experimentales en la fórmula:

m₁·c_e·(T_eq – T₁) + m₂·c_e·(T_eq - T₂) = 0

  

c)    Compara el valor teórico del calor específico, c_e, con el valor experimental.

	Valor teórico   (alcohol etílico)	Valor experimental (alcohol etílico)
Calor específico	2469 J/(kg·K)

¿Crees que has obtenido un valor parecido al teórico, o crees que el valor es muy diferente?. En caso que sea diferente explica a qué se puede deber esta diferencia.

PRÁCTICA 10: ELABORACIÓN DE JABÓN (REACCIÓN DE SAPONIFICACIÓN).

Objetivo:

Elaborar jabón de forma artesanal, usando como materia prima aceites vegetales usados.

Fundamento teórico:

Desde hace décadas se elabora el jabón de forma artesanal, reutilizando los aceites usados en la cocina. Los aceites de oliva o de girasol están compuestos por moléculas de ácidos grasos, que sufren una reacción química llamada saponificación, al añadir sosa caustica o hidróxido sódico (NaOH).

La sosa o hidróxido sódico es una sustancia con pH básico, de carácter corrosivo al contacto con la piel (deben utilizarse guantes en su manipulación).

En la reacción de saponificación, la grasa reacciona con la sosa y se produce glicerina y jabón.

Para que la reacción de saponificación sea correcta, la proporción de los reactivos (grasa y sosa) debe ser la adecuada. Para los aceites de oliva y girasol, hay que tener en cuenta la siguiente proporción: por cada 100 g de aceite debemos utilizar 13,4 g de sosa pura.

Material:

·         Aceite de oliva o girasol.

·         Hidróxido sódico (sosa) (manipular con guantes).

·         Vasos de precipitado.

·         Una balanza.

·         Cuchara, palo o varilla para agitar.

·         Recipientes o moldes.

Procedimiento:

1.   Por cada 1 kg de aceite, se prepara 1 kg de agua y 333 g del preparado de sosa (la que usamos no es pura).

2.    Pesar los ingredientes en la balanza por separado.

3.    Disolver la sosa en el agua al menos un día antes (al disolverse desprende mucho calor).

4.   Verter toda la disolución del agua con la sosa en un recipiente grande. Añadir poco a poco el aceite durante varios minutos sin parar de remover con intensidad. No utilizar recipientes ni utensilios metálicos (hierro, aluminio) durante la reacción. Utilizar solo si son de acero inoxidable o de plástico.

5.  Remover bien durante varios minutos más hasta que la mezcla tenga una consistencia similar a la mayonesa.

6.  Echar aceites esenciales para dar aroma y remover.

7.  Se vierte en un molde y se deja endurecer al menos durante varios días antes de desamoldar y cortarlo. Se deja al menos 2 o 3 semanas más para que endurezca y se cure el jabón. Si se utiliza antes puede ser peligroso porque puede contener restos de sosa. 

Informe de laboratorio:
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PRÁCTICA 9: ELECTRÓLISIS DE SUSTANCIAS QUÍMICAS

Objetivo:

Separar los elementos químicos que forman un compuesto. Una aplicación de esta técnica química es en la joyería (dorado o plateado de los metales) y en la industria para la aplicación de una capa de metal que evite la oxidación de otro metal (por ejemplo aplicación de una capa de cinc sobre un trozo de hierro).

Fundamento teórico:

La electrólisis es una técnica que se utiliza en química para separar los elementos químicos que componen un compuesto. También mediante electrólisis se consigue oxidar una sustancia.

La electrólisis consiste en la aplicación de una corriente eléctrica que pasa a través de un compuesto o elemento químico. El voltaje de la corriente eléctrica depende de cual sea el elemento químico, pudiendo oscilar aproximadamente entre 0 y 5 V (voltios), aunque se suele aplicar un poco más de voltaje.

Material:

·         Vaso de precipitado u otro recipiente.

·         Disolución de la sustancia que se va a separar (CuSO₄).

·         Fuente de corriente continua de entre 0 y 5V (voltios).

·         Cables de conexión, pinzas para sujetar los electrodos y electrodos.

·         Ácido sulfúrico (H₂SO₄) y sulfato de sodio (Na₂SO₄).

  

Procedimiento:

Electrólisis de metales:

1. Prepara una disolución de sulfato de cobre (CuSO₄). Pesa 10 g de CuSO₄ y disuélvelo en un recipiente con 100 mL de agua destilada. Puedes utilizar un vaso de precipitado de tamaño mediano.
2. Añade unas gotas de ácido sulfúrico para mejorar la conductividad.
3. Conecta a la fuente de corriente continua los cables y en el extremo de cada cable conecta una pinza, que servirá para sujetar el electrodo. Como electrodo podemos utilizar cualquier material que sea conductor de la electricidad (por ejemplo, una moneda, un trozo de grafito que es la mina de los lápices, etc.).
4. Introduce los dos electrodos en la disolución. Enciende la fuente de corriente e incrementa lentamente el voltaje (como máximo puedes subir el voltaje a 4 o 5 V, pero no más).

Electrólisis del agua (descomposición del agua):

1. En un recipiente grande con agua destilada, se introducen boca abajo dos tubos de ensayo que deben estar llenos de agua destilada. Añade unas gotas de sulfato de sodio o ácido sulfúrico.
2. Por la boca de cada tubo de ensayo que se encuentra sumergida en el agua introducimos un electrodo de grafito, sujeto al cable de conexión por una pinza.
3. Los cables de conexión se conectan a la fuente de corriente continua. Se enciende la fuente e incrementa el voltaje hasta que aparezcan burbujas.

 Informe de laboratorio:

Electrólisis de metales:

a)      ¿Qué sucede en cada uno de los electrodos después de que esté pasando electricidad un tiempo?,

 b)     ¿se observa a simple vista alguna sustancia salir de alguno de los electrodos? ¿qué ha pasado en cada electrodo?

   

Electrólisis del agua (descomposición del agua):

a)      ¿Qué sucede en cada uno de los electrodos después de que esté pasando electricidad un tiempo?. La reacción global es: 2 H₂O_(líq)→  2 H_{2 (gas)} + O_{2 (gas)}

  

b)      ¿se observa a simple vista alguna sustancia salir de alguno de los electrodos? ¿qué pasa en cada uno de los electrodos?

PRÁCTICA 8: EXPERIMENTOS CON LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA Y ATMOSFÉRICA

Objetivo:

Comprobar mediante varios experimentos que la presión hidrostática y la presión atmosférica existen.

Fundamento teórico:

Cualquier objeto sumergido en un fluido (puede ser un líquido o un gas), experimenta una fuerza sobre sus paredes que será mayor, cuanto mayor sea la profundidad a la que se encuentre sumergido.

Se denomina presión hidrostática a la presión que ejerce el líquido sobre un determinado punto sumergido en dicho líquido. La presión hidrostática depende de la densidad del líquido (d), la gravedad (g) y la profundidad o altura a la se encuentra ese punto medido desde la superficie del líquido (h):

P = d · g · h 

Nota: la densidad del agua es d = 1000 kg/m³; g = 9,8 N/kg ; la altura (h) se mide en metros; las unidad de presión (P) en el sistema internacional es el Pascal (Pa), cuya equivalencia es 1 atm = 101325 Pa.

El aire es un fluido y se comporta de forma parecida a un líquido. La presión atmosférica es el peso de la columna de aire que hay encima de nuestras cabezas. Es como si estuviésemos sumergidos en el fondo de un océano enorme de aire. La presión atmosférica a nivel del mar es 1 atmósfera, que equivale a 101325 Pascales.

Material:

·         Una botella de plástico de 2 L.

·         Un tubo de goma.

·         Varios recipientes.

·         Cinta adhesiva, cerillas, algodón, globo.

Procedimiento:

1. El profesor prepara varios experimentos y debes predecir lo que va a suceder intentando explicar por qué.
2. Se realiza el experimento y comprueba si lo que ha sucedido es lo mismo que habías predicho. Explica científicamente que ha sucedido.

 Informe de laboratorio:

a)      Experimento 1: Botella con tres pequeños agujeros a distintas alturas. Los agujeros se encuentran tapados con cinta adhesiva. Se llena de agua la botella y se le pone el tapón. ¿qué sucederá al retirar el la cinta adhesiva de los agujeros?

 ¿Qué ha sucedido en el experimento?. Indica la explicación científica.

b)      Experimento 2: Se coloca en un barreño agua y un pequeño recipiente con algún material que flote y una mecha que pueda arder. ¿Qué pasará si ponemos al encender la mecha ponemos encima un recipiente boca abajo que cubra la superficie del agua que hay alrededor de la mecha? 

¿Qué ha sucedido en el experimento?. Indica la explicación científica.

c)      Experimento 3: Calienta el interior del aire que hay en un recipiente de vidrio que tenga la boca totalmente lisa. Sitúa un globo inflado junto a la boca del recipiente de vidrio y deja un tiempo hasta que se enfríe el aire del interior del recipiente. ¿Qué sucederá? 

¿Qué ha sucedido en el experimento?. Indica la explicación científica.

  

d)      Entra en el blog de la asignatura ( https://iesvaduslatus-proyectointegrado.blogspot.com/ ) y deja un comentario en la Práctica 8, con tu nombre, lo que has aprendido y valora esta práctica con el cuestionario que aparece al final de la práctica en el blog.

PRÁCTICA 7: DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE “g” POR CAÍDA LIBRE

Objetivo:

Determinar experimentalmente el valor de la constante de la gravedad, g, cuyo valor teórico exacto es 9,80665 m/s² y que coincide con el valor de la aceleración a la que están sometidos todos los objetos con masa que hay sobre la superficie de la Tierra.

Fundamento teórico:

Todo cuerpo situado sobre la superficie de la Tierra experimenta la acción continua de una fuerza constante "su peso". Esto hace que un cuerpo en caída libre se mueva con un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA).

La velocidad de los cuerpos en caída libre se incrementa en forma constante; es decir, se mueven con una aceleración constante, que se conoce con el nombre "aceleración de la gravedad", y se nombra con la letra “g”.

Consideremos un cuerpo que se encuentra en reposo (v = 0 m/s) a una altura h. Soltamos dicho cuerpo y comienza a caer. Transcurrido un tiempo t el cuerpo habrá recorrido la distancia h llegando hasta el suelo con una velocidad v. La relación entre la distancia recorrida (h) y el tiempo empleado en recorrerla (t) está dada por la siguiente ecuación:

h = 1/2·g·t²

Nota: la anterior ecuación procede de la ecuación general:   x_f = x₀ + v₀·t + ½·a·t²    (donde h = x_f – x₀)

Material:

·         Un cronómetro digital.

·         Varios objetos de igual tamaño y distinta masa.

·         Una balanza

·         Una cinta métrica.

Procedimiento:

1. Determina con la balanza las masas de dos objetos de igual forma y tamaño y diferentes masas.
2. Mide con la cinta métrica la longitud h que va a recorrer el objeto en caída libre.
3. Soltar el objeto desde la posición inicial y medir el tiempo que tarda en llegar a la posición final (repetir la medida del tiempo 3 veces para cada masa y obtener un valor medio).
4. Cumplimenta la tabla de datos con las masas, tiempos t  y distancia h recorridas. Calcula el valor de g en cada caso.

Informe de laboratorio:

a)      Recopilación de datos medidos y cálculo del valor de la aceleración de la gravedad, g:

Masa 1. Experiencias  Nº	Distancia recorrida h (m)	Tiempo (s)	Masa 1 (kg)	Aceleración de la gravedad, g (m/s2)
1
2
3
Valor medio de la constante de la gravedad, g
Masa 2. Experiencias  Nº	Distancia recorrida h (m)	Tiempo (s)	Masa 2 (kg)	Aceleración de la gravedad, g (m/s2)
4
5
6
Valor medio de la constante de la gravedad, g

b)      ¿El valor experimental de g que has obtenido para cada masa, se parece al valor teórico g = 9,80665 m/s²?. ___________________________

¿En caso de que sea muy diferente, explica por qué crees que no has obtenido el valor 9,80665 m/s²?.

c)      Con los resultados que has obtenido, ¿crees que el cambio de masa influye en el valor de g que has obtenido en cada caso?. ¿Qué conclusión puedes sacar?