Estudio de la evaporación

Transcripción

1 Estudio de la evaporación Volumen del líquido Tipo de líquido Superficie del recipiente Altura del recipiente Forma del recipiente Presencia de una sal disuelta

2 Introducción Todos hemos observado que una pequeña cantidad de agua derramada en el suelo, pasado un tiempo, desaparece. Éste es un fenómeno cotidiano que puede llevarnos a intentar introducir al alumno en ese mundo, para él extraño, de la investigación. La observación, como búsqueda inicial de explicaciones para el mundo que nos rodea, destaca en esta experiencia. Estos fenómenos son familiares a todo el mundo, sí, pero, qué ocurre realmente? qué factores intervienen en estos procesos? Los cambios de estado no llaman la atención. Algunas sustancias la hemos visto en estado sólido, en estado líquido y en estado vapor: el agua; y el paso de una a otro estado va acompañado de intercambio de energía y condicionado por la temperatura. La naturaleza tiende a poseer la menor energía posible porque ello le confiere estabilidad y todos los procesos espontáneos se rigen por este principio. En nuestro caso, aparentemente ocurre lo contrario, hay una absorción de energía, por qué? Hay algo más. Analicemos factores que podemos controlar y que modifican el proceso. FACTORES ANALIZADOS Volumen de líquido Tipo de líquido Superficie del recipiente Altura del recipiente Forma del recipiente Presencia de una sal en el líquido Glosario Altura: Dimensión de los cuerpos perpendicular a su base y por encima de ésta. Cambios de estado: Es el proceso que tiene lugar cuando una sustancia material pasa de un estado de agregación a otro. Disolución: Mezcla homogénea que resulta de deshacer algo en un líquido. Sistema disperso formado por la interposición de las partículas de una sustancia (soluto) entre las de otra (disolvente). Ebullición: Es el paso de las partículas de una sustancia, situadas en cualquier parte de la misma, del estado líquido al estado gaseoso. Ocurre a una temperatura determinada para cada sustancia. Energía: Capacidad de los cuerpos para producir un trabajo en forma de movimiento, luz, calor, etc. Estabilidad:Propiedad de un sistema físico o químico por la que tiende a permanecer en el mismo estado en que se encuentra. Un sistema es estable cuando presenta mucha resistencia a experimentar algún cambio. Evaporación: Es el cambio de líquido a gas. Es el paso de las partículas de una sustancia, situadas en la superficie, del estado líquido al estado gaseoso a cualquier temperatura.

3 Fenómeno: Cualquier manifestación de actividad que se produce en la naturaleza. Aquello que de las cosas puede percibirse con nuestros sentidos. Forma: Distribución peculiar de la materia que constituye cada cosa, apariencia externa. Intercambio: Transferencia o paso de un sistema a otro. Observación: Examinar o mirar con atención Proceso espontáneo: Aquél que transcurre sin nuestra intervención y siempre en el mismo sentido (DG <0). Superficie: Capa horizontal o más externa de una masa líquida o de cualquier otra cosa. Temperatura: Magnitud física que expresa el grado o nivel de calor de los cuerpos o del ambiente. Su unidad en el Sistema Internacional es el kelvin (K). Tipo de líquido: Clase o naturaleza de las cosas. Volumen: Es el espacio que ocupa un objeto o una sustancia. La unidad en el Sistema Internacional es el m 3. También se utiliza el litro (l) y el cm 3 Objetivos Desmitificar la Ciencia como algo inasequible Provocar inquietudes Fomentar el hábito de observación Responsabilizar ante el trabajo de equipo Marcar la importancia de los pequeños detalles Sembrar dudas para buscar experiencias que corroboren las conclusiones Distinguir lo relevante de lo accesorio Materiales y alternativas Instrumental: Pipetas de distintos volúmenes o probetas. Vasos de precipitados. Bandejas de aluminio o de plástico. Botellas de agua cortadas a distintas alturas. Vasos de diferentes tamaños. Matraces de diferentes capacidades. Erlenmeyer de distinto volumen. Reactivos: Sulfato de cobre o cualquier otra sal.

4 Procedimiento Para analizar cada factor se mantienen constantes los otros. Todas las experiencias se han realizado a temperatura ambiente. En todos los casos se ha medido diariamente la masa de líquido. Con estos datos se han elaborado gráficos masa- tiempo, para cada muestra. A partir del gráfico se ha obtenido la ecuación que relaciona la masa con el tiempo: m = k t + b. En estas ecuaciones la constante de proporcionalidad representa la masa evaporada por día. Para establecer las conclusiones se han comparado las constantes de proporcionalidad de las muestras que forman parte del mismo experimento. A) VOLUMEN DE LÍQUIDO Se trabaja con 25,50,75 y 100 ml de agua. Todas las muestras están en recipientes iguales. Gráficas masa tiempo B) TIPO DE LÍQUIDO

5 Se utilizan muestras de 100 ml, en recipientes iguales. Los líquidos empleados son: agua, etanol y acetona. Gráficas masa tiempo

6 Se compara la masa de líquido evaporada con: la viscosidad, medida a 25ºC. la presión de vapor, medida a 20ºC. la tensión superficial. la densidad relativa. Propiedades del líquido Acetona Etanol Agua Masa evaporada por día (g/día) Viscosidad (mpa s) Presión de vapor (kpa) Tensión superficial (mn/m) Densidad relativa C) SUPERFICIE DEL RECIPIENTE Se utilizaron cuatro recipientes con la misma forma y altura, pero distinta superficie. Se trabajó con 150 ml de agua. Gráfica masa - tiempo

7 D) ALTURA DEL RECIPIENTE Se añadieron 25 ml de agua a cinco recipientes iguales, con distinta altura. Gráfico masa tiempo E) FORMA DEL RECIPIENTE Se prepararon tres series de recipientes.

8 En cada serie los recipientes tienen la misma base pero distinta forma. Se añadió en todos los casos 25 ml de agua. Gráficas masa - tiempo

9 F) PRESENCIA DE UNA SAL DISUELTA EN EL LÍQUIDO Se añaden 1,2,3,4 y 5 g de sulfato de cobre a 25 ml de agua. Todos los recipientes son iguales. Gráficas masa - tiempo

10 Resultados Tras la realización de las sucesivas experiencias, los grupos de trabajo en el laboratorio: elaboran tablas de datos y representaciones gráficas. relacionan unas representaciones con otras teniendo en cuenta los factores analizados. interpretan los resultados y deducen "sus" conclusiones que deben cotejar, ayudados por el profesor, con el conocimiento científico. Las conclusiones que se deducen de esta pequeña investigación podrían ser: 1. Al aumentar el volumen de líquido utilizado se evapora más cantidad de agua por día. En las muestras de 25,50 y 75 ml la masa evaporada por día aumenta de 0,5 en 0,5 g, por lo que parece que existe proporcionalidad directa entre evaporación y volumen. Sin embargo, la muestra de 100 ml no responde a esta variación. 2. Al aumentar la presión de vapor de un líquido aumenta la rapidez con que se evapora el mismo. El resto de las variables parece que no guardan relación con la evaporación. 3. Al aumentar la superficie del recipiente, aumenta la cantidad de líquido evaporada. 4. A medida que aumenta la altura del recipiente disminuye la cantidad de líquido evaporada por día. 5. En las tres series se evapora más líquido por día en el vaso de precipitados, porque la boca del recipiente es más ancha. Al aumentar la base del recipiente aumenta la cantidad de líquido evaporada, de acuerdo con la experiencia de la superficie. 6. La masa de líquido evaporada por día disminuye en las tres primeras muestras de forma proporcional. Sin embargo, en las muestras de 4 y 5 g la masa evaporada por día aumenta. Puesto que las constantes son muy semejantes, en torno a 0,7 g/día, parece que no existe relación entre la presencia de una sal y la evaporación. CONCLUSIONES GENERALES La evaporación aumenta: Con el volumen de líquido empleado. Con la presión de vapor del líquido. Con la superficie del recipiente que contiene el líquido. Es más rápida en recipientes de boca ancha. Disminuye al aumentar la altura del recipiente que contiene al líquido. La presencia de una sal no parece afectar a la evaporación. Preguntas para la autoevaluación Señalar la respuesta correcta: 1.- De la ebullición podemos afirmar que: Es un cambio de estado. Tiene lugar a cualquier temperatura. Es independiente de la presión Depende de la forma del recipiente. 2.- La vaporización: Es un cambio de estado.

11 Es independiente de la cantidad de líquido. Tiene lugar a cualquier temperatura. Es un cambio químico. 3.- El volumen del líquido evaporado está relacionado con el volumen inicial de líquido, de forma directa: a mayor volumen inicial mayor volumen evaporado. de forma indirecta: a mayor volumen inicial menor volumen evaporado. no son magnitudes proporcionales. es un volumen fijo independiente. 4.- La presión de vapor de un líquido depende de: la naturaleza del líquido. de la temperatura a que se encuentra el líquido. de la presencia de una sal disuelta. de todas las anteriores. 5.- La superficie externa del líquido influye en la evaporación porque: al aumentar la superficie aumenta la cohesión entre las moléculas del líquido. se incrementa el número de moléculas, en la superficie, con energía suficiente para escapar de la atracción del líquido. aumenta la presión de vapor del líquido. disminuye la temperatura de ebullición. 6.- La altura del recipiente en nuestra experiencia: aumenta la presión de vapor. disminuye la superficie externa del líquido. eleva la temperatura de ebullición. actúa como factor negativo en el paso de las moléculas del líquido a la fase vapor. 7.- La forma del recipiente: modifica la superficie externa del líquido. aumenta la energía interna de las moléculas del líquido. disminuye la viscosidad del líquido. altera la tensión superficial del líquido. 8.- La presencia de una sal: disminuye la temperatura de ebullición de la disolución. aumenta la temperatura de congelación de la mezcla. altera la presión de vapor de la disolución. no influye en las propiedades del líquido.