Estudi del punt de fusi

1
Estudi del punt de fusió del p-diclorobenzè

• Comprovació del fet que la temperatura es
  mantinga constant durant un canvi destat.

2
Què entenem per fusió?

• La fusió és el canvi destat de sòlid a líquid.
  Quan el canviï esdevé a la inversa, de líquid a
  sòlid sanomena solidificació.

• En física i química anomenem canvi de estat a
  levolució de la matèria entre diversos estats
  dagregació sense que ocórrega un canvi en la
  seua composició. Els tres estats bàsics són el
  sòlid, el líquid i el gasos.

3
Què sabem del estats dagregació?

• Els dos paràmetres dels que depèn que una
  substància o mescla es trobe en un estat o un
  altre són temperatura i pressió. La temperatura
  es una mesura de la energia cinètica de las
  molècules i àtoms dun cos. Un augment de Tª o
  una reducció de la P afavoreixen la fusió, la
  evaporació i la sublimació, mentre que un descens
  de T o un augment de P afavoreixen els canvis
  oposats.

• Si la pressió roman constant, el factor que
  regula els canvis destat és la temperatura. Així
  doncs, a pressió constant, podem passar dun
  estat sòlid a un líquid augmentant la
  temperatura. També sabem que, durant el canvi
  destat la temperatura roman constant.

• Límits
• gt 4.500 ºC No hi ha sòlids
• gt 6.000 C No hi ha líquids (només gasos)
• gt10,000 C Només plasma

4
? Si anem cap als extrems, augmentant o
disminuint en molts graus la temperatura,
sorgeixen nous estats de la matèria. El
desenvolupament de la Física va posar de manifest
lexistència de dos més. Un, lestat de plasma,
és el característic de la matèria de lespai
interestellar, de latmosfera de les estrelles
i, també, és observable en els reactors
termonuclears o en els llums fluorescents. El
plasma ve a ser un gas format per partícules
carregades elèctricament, format per electrons
lliures presents en número igual al nombre de
ions positius.
5
? Laltre és un estrany estat de la matèria
conegut amb el nom de condensat de Bose-Einstein
(descobert el 1995), una situació creada a
temperatures molt baixes, en què milers dàtoms
formen una única entitat com si fos un superàtom.
Fotografia en fals color dun condensat
fermiònic en creixement. Cal aconseguir
temperatures pròximes als 0,0000002 K, molt
pròxim, per tant, del zero absolut - 0 K (-273
ºC)-, per observar el fenomen. Només a tan baixes
temperatures gairebé desapareix tot el moviment
dels àtoms i de les partícules subatòmiques.
? Durant lultima setmana de gener del 2004, un
grup de físics de la Universitat de Colorado,
Estats Units, va crear el sisè estat de la
matèria batejat amb el nom de condensat
fermiònic. Per a formar-lo també cal assolir
temperatures pròximes al zero absolut i és força
complex dentendre.
6
Investigació
? En aquesta pràctica els alumnes hauran de
mesurar la temperatura duna mostra de
p-diclorobenzé durant el seu refredament des de
lestat líquid.

? També,si el professor ho proposa, mesuraran la
temperatura de la mateixa mostra, però durant el
seu escalfament des de lestat sòlid.
? A partir de les dades recollides hauran de
determinar la temperatura de fusió (o de
solidificació) del p-diclorobenzè i analitzar els
gràfics obtinguts.
? Les dades experimentals senregistraran amb
lajut de sensors de temperatura, la consola
MultiLogPRO i el programa MultiLab.
7
Hipòtesi

• ? Penseu que la temperatura durant el canvi
  destat líquid-sòlid romandrà constant?

? Penseu que la temperatura durant el canvi
destat sòlid-líquid romandrà constant?
? Coincidiran la temperatura de fusió i la
temperatura de solidificació?
8
Material
Material de laboratori ? Vas de precipitats de 250 ml i tub dassaig ? Suport, cèrcol, pinça, nou, reixeta i bec Bunsen ? p-diclorobenzè del 99 ? Morter, mà de morter i espàtula ? Encenedor ? Aigua
Elements de lequip MultiLog ? Consola amb cable USB i adaptador AC/DC ? Sensor de temperatura ( rang dinàmic- 25 ªC/110 ºC sensibilitat 0,13 ºC) ? Ordinador
9
Procediment

• ? Experiència 1

1. Moleu una bola de p-diclorobenzè i
introduïu-la al tub dassaig.
2. Munteu el suport, la nou, el cèrcol, la
reixeta i el vas de precipitats. Introduïu el
tub dassaig dins del vas de precipitats que
prèviament haureu omplert daigua de manera que
el p-diclorobenzè quedi envoltat completament
daigua , i subjecteu-lo amb una pinça, com es
veu a les figures
10
3. Enceneu el bec Bunsen i observeu el
p-diclorobenzè fins que canvi destat
completament (es torni líquid). Deixeu-lo
escalfant un temps més, el necessari per
configurar el sistema i connectar els sensors.
4. Connecteu el sensor de temperatura a lentrada
01 de la consola i introduïu-lo al tub dassaig
subjecte amb una pinça de manera que, a ser
possible, no toque el vidre.
5. Connecteu la consola a lordinador, engegueu
la consola i lordinador i obriu el programa
MultiLab, configurant-lo segons indica el guió.
6. Per iniciar la captació de les dades, apagueu
el bec Bunsen, traieu el tub dassaig de laigua
i cliqueu el botó Executar.
7. Observeu el refredament del p-diclorobenzè
fins que shagi solidificat , parant compte al
p-diclorobenzé i al gràfic que va creant-se a la
pantalla del MultiLab.
8. Quan ja estiga tot el producte en estat sòlid,
deixeu encara uns 5 minuts més en marxa el
producte refredant-se i després cliqueu Stop.
11

• ? Experiència 2

Es tracta de mesurar la temperatura del procés
descalfament. Els passos són semblants als
anteriors, però ara sha de mesurar la
temperatura quan el tub dassaig està dins
laigua escalfant-se i després que passe a estat
líquid seguir captant dades uns 5 minuts més.
Nota es convenient treure el sensor de
temperatura del p-diclorobenzè líquid perquè quan
solidifica costa molt més..
12
Anàlisi i tractament de dades

• Una vegada obtingudes les dades, hauríeu
  dobtenir gràfics com els següents

• A partir dells, seguint el guió, heu domplir la
  taula de valors i les qüestions del final del
  guió.

13
Context històric
? Els 3 estats de la matèria més usuals (sòlid,
líquid i gas) no tenen pas un descobridor
conegut. Pel que fa a lestat de plasma, el
concepte modern del plasma és dorigen recent i
es remunta a linici de la dècada dels cinquanta.
No obstant, des de fa més de tres segles els
científics, inconscientment, han experimentat amb
plasmes.
? Ja en 1667 uns membres de lAcadèmia de
Ciències de Florència descobriren que la flama
dun encenedor (que ara sabem que es un plasma)
tenia la propietat dinduir lelectricitat.
? En 1698 un científic anglès que estudiava
lelectrificació de làmbar fregant-lo amb
assiduïtat provocà la primera espurna de la que
sen té noticia, una petita descarrega elèctrica
en laire. Això només és possible quan es crea
una quantitat suficient de carregues elèctriques,
ions i electrons lliures en laire suficient per
tal que laire es convertisca en un gas conductor
de lelectricitat un plasma
14
? Gairebé 150 anys després es produïen
descàrregues més intenses amb la botella de
Leyden i larc elèctric, i des de la dècada de
1830 el científic anglès Michael Faraday ja
experimentava sistemàticament amb descarregues.
Però no fou sinó fins el 1879 que se va
reconèixer al estat de plasma como un estat
particular de la matèria, diferent dels altres.
El físic anglès William Crookes, experimentant
amb descàrregues elèctriques en gases, sadonà
que el gas on sestablia la descàrrega se
comportava substancialment diferent que un gas
regular i va suggerir la existència de un nou
estat al qual anomenà el quart estat de la
matèria.
15
? En 1923, el químic nord-americà L. Langmuir
començà a investigar a fons les descàrregues
elèctriques en gasos, quan ja se sabia que
aquestes ionitzaven els àtoms del gas en 1929 va
utilitzar per primer cop el terme plasma en el
informe de un treball, per descriure el núvol
rogenc de electrons que veia oscillar en el
interior del gas durant la descàrrega. Aquest
núvol delectrons brillava i es movia com una
substància gelatinosa que recordà a Langmuir el
plasma de la sang.
? En 1936, el físic soviètic L. Landau, un dels
més grans científics del S- XX, desenvolupà la
teoria estadística que descriu el plasma i en
1942, lextraordinari científic suec H. Alfvén
(Nobel de física en 1970) desenvolupà las
equacions que descriuen el moviment de un fluid
elèctric en presencia de camps magnètics.
? Més tard, Landau descrigué matemàticament la
interacció entre les partícules i les ones en un
plasma, interacció molt important per entendre
els plasmes calents tant en els estels com en el
laboratori. Es considera que la física de plasmes
moderna va néixer amb aquest treballs.
L. Landau
16
? En els darrers 40 anys la física de plasmes ha
rebut un enorme impuls des de molts fronts i, tot
i això, encara hi ha molts problemes per
resoldre, ja que el seu comportament és duna
complexitat que excedeix molt a la del
comportament de la matèria en els estats sòlid,
líquid o gasós així, lestudi dels plasmes
constitueix una de las àrees de major dificultat
en la física actual.
? De fet el futur energètic en de la humanitat
rau en lèxit de lITER (Reactor Termonuclear
Experimental Internacional) i aquest èxit depèn
del coneixement de lestat de plasma que és en el
qual ocorre la reacció de fusió nuclear.