capacidad calorimetrica 7.docx

DIVISIOacuteN DE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS

DEPARTAMENTO DE QUIacuteMICA

MATERIA LABORATORIO DE FISICOQUIacuteMICA I

PROFESOR MERCED MARTIacuteNEZ ROSALES

ldquoPRAacuteCTICA 7rdquo

DETERMINACIOacuteN DE LA CAPACIDAD CALORIacuteFICA EN CALORIacuteMETROS

INTEGRANTES

ANA GUADALUPE MARES PARRA FABIOLA SALGADO FRIacuteAS

REGUINA PORRAS SANCHEZ

FECHA DE ENTREGA LUNES 1 DE OCTUBRE DE 2012

PRAacuteCTICA No 7 DETERMINACIOacuteN DE LA CAPACIDAD CALORIacuteFICA EN CALORIacuteMETROS

OBJETIVO

o Calcular y determinar la capacidad caloriacutefica de caloriacutemetros

INTRODUCCION

Un caloriacutemetro es un sistema adiabaacutetico pues no permite la transferencia de energiacutea con el medio ambiente y el calor liberado dentro del caloriacutemetro debe ser totalmente absorbido por eacutel Existen caloriacutemetros de varios tipos y diferentes materiales

Cuando un sistema con una masa m1 se pone en contacto con un sistema con una masa m2

donde m1gt m2 que estaacute a diferente temperatura fluye calor entre ellos hasta alcanzar una

temperatura de equilibrio proacutexima a la del sistema de masa mayor se dice entonces que una cantidad de calor ΔQ se transfiere desde el sistema de mayor temperatura al sistema de menor temperatura La cantidad de calor ΔQ transferida es proporcional al cambio de temperatura ΔT La constante de proporcionalidad C se denomina capacidad caloriacutefica del sistema Asiacute pues ΔQ = CΔT Entonces la capacidad caloriacutefica de un material es la razoacuten

ΔQ C ------- ec (1) ΔT Donde ΔQ es el calor cedido al material para elevar su temperatura en ΔT = Tf ndash T1

La ec (1) no depende de la masa del material con la que se trabaje Definimos el calor especiacutefico de un material como la capacidad caloriacutefica por unidad de masa del material ΔQ Ce --------- ec (2) mΔT

La calorimetriacutea es la parte de la termodinaacutemica que muestra coacutemo medir la cantidad de calor que un cuerpo cede o absorbe en un proceso teacutermico

El calor es una forma de energiacutea por lo tanto se puede expresar su medida en las unidades de energiacutea mecaacutenica como lo son el Joule o el ergio pero tambieacuten se pude medir en caloriacuteas

Experimentalmente se ha demostrado que una misma cantidad de calor tiene efectos distintos sobre diferente cantidad de materia estos efectos se manifiestan en la variacioacuten de temperatura que sufren los cuerpos es decir si a dos cuerpos se les suministra igual cantidad de calor aquel que tenga menor masa sufriraacute un mayor aumento en su temperatura

Dos cuerpos de igual cantidad de masa y a la misma temperatura pueden perder o ganar diferente cantidad de calor esto ocurre sui los cuerpos estaacuten constituidos pos sustancias o materiales diferentes Por lo tanto el calor ganado o perdido por un cuerpo depende tambieacuten de esta propiedad llamada calor especiacutefico el cual se le define como la cantidad de calor que es perdido o ganado por un gramo de dicha sustancia para que su temperatura variacutee en 1 ordmC

En el caso de que el calor perdido o ganado por un cuerpo no esteacute en funcioacuten de la masa se obtiene otra propiedad de los cuerpos llamada capacidad caloriacutefica la cual uacutenicamente estaacute en funcioacuten del incremento de temperatura del cuerpo de que se trate

En la praacutectica las mediciones de los cambios de calor que acompantildean a una reaccioacuten se pueden efectuar en un caloriacutemetro (figura 1) En este caloriacutemetro el recipiente de reaccioacuten

T

S

Figura 1 Caloriacutemetro

A estaacute sumergido en una gran cantidad de liacutequido B manteniendo una temperatura uniforme con ayuda del agitador S Las paredes de A son tales que la temperatura de su contenido se ajustan faacutecilmente a la temperatura de B Cualquier flujo de calor QA que entra al sistema encerrado por A lo pierde B maacutes el recipiente A (pero no su contenido) Contemplando que QB es el flujo de calor que entra a B maacutes el recipiente A (pero no su contenido) Entonces se escribe

QA+QB≃0 oacute QA=minusQB

Suponiendo que las reacciones pueden ocurrir soacutelo dentro de A En el resto del sistema soacutelo hay calentamiento o enfriamiento por lo tanto

QA≃minusQB=C0 ΔT

En donde T es el cambio en la temperatura y C0 la capacidad caloriacutefica efectiva del bantildeo B (maacutes el termoacutemetro y el agitador) junto con el del recipiente A (pero no si contenido)

A

B

La ecuacioacuten para C0 es

C0≃c p(B )wB+cp ( A )wA+cp (T )wT+c p( S )wS

Donde cp es la capacidad caloriacutefica por gramo y w es la masa en gramos las letras entre pareacutentesis indican las paredes del aparato considerado

Experimentalmente es difiacutecil construir un caloriacutemetro perfectamente aislado maacutes auacuten la agitacioacuten mediante la conversioacuten de trabajo en calor introduce calor Por lo tanto en la praacutectica la T en la ecuacioacuten anterior estaacute determinada por una serie de mediciones antes y despueacutes de que ocurre la reaccioacuten Dicha serie de mediciones se resume en la graacutefica de la figura 2

a

b

c d

Tiempo

Figura 2 Datos del caloriacutemetro

T

Te

mpe

ratu

ra

La porcioacuten de a a b representa el desplazamiento del caloriacutemetro antes de la reaccioacuten En el punto b se hace ocurrir la reaccioacuten mezclando lo reactivos en el recipiente A esta reaccioacuten absorbe calor la temperatura del bantildeo descenderaacute generalmente este cambio es la temperatura no es instantaacuteneo

MATERIAL SUSTANCIAS

Caloriacutemetros Agua destilada

Agitador magneacutetico

Termoacutemetro digital

Parrilla eleacutectrica

Probeta

DESARROLLO EXPERIMENTAL

1- Pesar 25 mL de agua destilada y colocarla dentro del caloriacutemetro y medir su temperatura (T1)

2- Pesar 25 mL de agua destilada y calentarla a una temperatura de 70 ordmC (T2)

3- Agregar el agua caliente al agua a temperatura ambiente en el interior del caloriacutemetro y registrar el tiempo y la temperatura desde el momento de poner el contacto los dos voluacutemenes de agua hasta el equilibrio teacutermico

4- Registrar la temperatura en equilibrio (T3)

5- Repetir los pasos anteriores 2 veces maacutes (para tener un total de 3 experimentos) y obtener un promedio de estos

6- Realizar los pasos anteriores (de 1 a 5) para un segundo caloriacutemetro

RESULTADOS

W PROBETA (25ML)

WVASO(25ML)

T1

(degC)T2

(degC)T3

(degC)TIEMPO(SEG)

WTERMOMETRO

EXPERIMRNTO 1 2350g 2425g 20degC 70degC 42degC 20seg 3201g

EXPERIMENTO 2 2413g 2428g 20degC 70degC 44degC 1644seg 3201g


CALORIMETRO 2 2387g 2518g 22degC 70degC 46degC 1654seg 3201g

1- Calcular la capacidad caloriacutefica de los caloriacutemetros en cada experimento

C=ΔQΔT

ΔQ= m(Tf-T2)Ce

Experimento 1

Q= (2425)(70-42)(1)= 679 cal

C=679(42-20)= 3086 calgr degC

Experimento 2

Q= (2428)(70-44)(1)= 63128 cal

C= (63128)(44-20)= 2630 calgr degC

Experimento 3

Q=(2438)(70-44)(1)=63388 cal

C=63388(44-22)= 2881 calgr degC

Experimento 4

Q= (2518)(70-46)(1)= 60432 cal

C= (60432)(46-22)= 2518 calgr degC

2- Calcular la capacidad caloriacutefica Promedio de los caloriacutemetros

C= (263 + 2881 + 3086)3= 2865 calgr degC

C= 2518 calgr degC

3- Realizar una graacutefica tiempo contra temperatura para realizar el caacutelculo de la T como el mostrado en la figura 2 del fundamento

42 44 44 460

5

10

15

20

25

30

Columna2Columna1Serie 1

4- iquestQueacute factores pueden modificar la capacidad caloriacutefica de un caloriacutemetro

Que la tapa no sea hermeacutetica y exista interaccioacuten con el medio ambiente

5- iquestQueacute modificaciones se pueden realizar a la determinacioacuten de la capacidad caloriacutefica

Como regla general y salvo algunas excepciones puntuales la temperatura de un cuerpo aumenta cuando se le aporta energiacutea en forma de calor El cociente entre la energiacutea caloriacutefica Q de un cuerpo y el incremento de temperatura T obtenido recibe el nombre de capacidad caloriacutefica del cuerpo que se expresa como

La capacidad caloriacutefica es un valor caracteriacutestico de los cuerpos y estaacute relacionado con otra magnitud fundamental de la calorimetriacutea el calor especiacutefico

Para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1 ordmC es necesario aportar una cantidad de calor igual a una caloriacutea Por tanto la capacidad caloriacutefica de 1 g de agua es igual a 1 calK

6- iquestCuaacuteles son las partes de un caloriacutemetro Y iquestqueacute requisitos deben cumplir

En primera un RECIPIENTE con aislante (similar a un termo) la REACCION (agua por ejemplo) un REGULADOR DE PRESION (que es como una vaacutelvula que libera la presioacuten dentro del termo y la libera gradualmente para que eacutesta no altere los datos del uacuteltimo componente del caloriacutemetro que es el TERMOMETRO

7- Menciona algunos tipos de caloriacutemetros y sus caracteriacutesticas

Tipos de caloriacutemetros

estaacuteticos no estaacuteticos permanentes

El tipo de caloriacutemetro de uso maacutes extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua un dispositivo para agitar y un termoacutemetro Se coloca una fuente de calor en el caloriacutemetro se agita el agua hasta lograr el equilibrio y el aumento de temperatura se comprueba con el termoacutemetro Si se conoce la capacidad caloriacutefica del caloriacutemetro (que tambieacuten puede medirse utilizando una fuente corriente de calor) la cantidad de energiacutea liberada puede calcularse faacutecilmente Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida el calor especiacutefico y el calor latente pueden ir midieacutendose seguacuten se va enfriando el objeto El calor latente que no estaacute relacionado con un cambio de temperatura es la energiacutea teacutermica desprendida o absorbida por una sustancia al cambiar de un estado a otro como en el caso de liacutequido a soacutelido o viceversa Cuando la fuente de calor es una reaccioacuten quiacutemica como sucede al quemar un combustible las sustancias reactivas se colocan en un envase de acero pesado llamado bomba Esta bomba se introduce en el caloriacutemetro y la reaccioacuten se provoca por ignicioacuten

con ayuda de una chispa eleacutectrica

Los caloriacutemetros suelen incluir su equivalente para facilitar caacutelculos El equivalente en agua del caloriacutemetro es la masa de agua que se comportariacutea igual que el caloriacutemetro y que perderiacutea igual calor en las mismas circunstancias De esta forma soacutelo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes

Caloriacutemetros comuacutenmente usados

dry load calorimeter microcaloriacutemetro calorimetro de flujo caloriacutemetro adiabaacutetico caloriacutemetro de cambio de estado otros tipos de caloriacutemetros

PRAacuteCTICA No 7 DETERMINACIOacuteN DE LA CAPACIDAD CALORIacuteFICA EN CALORIacuteMETROS

OBJETIVO

o Calcular y determinar la capacidad caloriacutefica de caloriacutemetros

INTRODUCCION

Un caloriacutemetro es un sistema adiabaacutetico pues no permite la transferencia de energiacutea con el medio ambiente y el calor liberado dentro del caloriacutemetro debe ser totalmente absorbido por eacutel Existen caloriacutemetros de varios tipos y diferentes materiales

Cuando un sistema con una masa m1 se pone en contacto con un sistema con una masa m2

donde m1gt m2 que estaacute a diferente temperatura fluye calor entre ellos hasta alcanzar una

temperatura de equilibrio proacutexima a la del sistema de masa mayor se dice entonces que una cantidad de calor ΔQ se transfiere desde el sistema de mayor temperatura al sistema de menor temperatura La cantidad de calor ΔQ transferida es proporcional al cambio de temperatura ΔT La constante de proporcionalidad C se denomina capacidad caloriacutefica del sistema Asiacute pues ΔQ = CΔT Entonces la capacidad caloriacutefica de un material es la razoacuten

ΔQ C ------- ec (1) ΔT Donde ΔQ es el calor cedido al material para elevar su temperatura en ΔT = Tf ndash T1

La ec (1) no depende de la masa del material con la que se trabaje Definimos el calor especiacutefico de un material como la capacidad caloriacutefica por unidad de masa del material ΔQ Ce --------- ec (2) mΔT







T

S





QA≃minusQB=C0 ΔT


A

B





a

b

c d

Tiempo


T

Te

mpe

ratu

ra


MATERIAL SUSTANCIAS





Probeta








RESULTADOS

W PROBETA (25ML)

WVASO(25ML)

T1

(degC)T2

(degC)T3

(degC)TIEMPO(SEG)

WTERMOMETRO






C=ΔQΔT

ΔQ= m(Tf-T2)Ce

Experimento 1

Q= (2425)(70-42)(1)= 679 cal

C=679(42-20)= 3086 calgr degC

Experimento 2

Q= (2428)(70-44)(1)= 63128 cal

C= (63128)(44-20)= 2630 calgr degC

Experimento 3

Q=(2438)(70-44)(1)=63388 cal

C=63388(44-22)= 2881 calgr degC

Experimento 4

Q= (2518)(70-46)(1)= 60432 cal

C= (60432)(46-22)= 2518 calgr degC


C= (263 + 2881 + 3086)3= 2865 calgr degC

C= 2518 calgr degC


42 44 44 460

5

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15

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T

S





QA≃minusQB=C0 ΔT


A

B





a

b

c d

Tiempo


T

Te

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ra


MATERIAL SUSTANCIAS





Probeta








RESULTADOS

W PROBETA (25ML)

WVASO(25ML)

T1

(degC)T2

(degC)T3

(degC)TIEMPO(SEG)

WTERMOMETRO






C=ΔQΔT

ΔQ= m(Tf-T2)Ce

Experimento 1

Q= (2425)(70-42)(1)= 679 cal

C=679(42-20)= 3086 calgr degC

Experimento 2

Q= (2428)(70-44)(1)= 63128 cal

C= (63128)(44-20)= 2630 calgr degC

Experimento 3

Q=(2438)(70-44)(1)=63388 cal

C=63388(44-22)= 2881 calgr degC

Experimento 4

Q= (2518)(70-46)(1)= 60432 cal

C= (60432)(46-22)= 2518 calgr degC


C= (263 + 2881 + 3086)3= 2865 calgr degC

C= 2518 calgr degC


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a

b

c d

Tiempo


T

Te

mpe

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MATERIAL SUSTANCIAS





Probeta








RESULTADOS

W PROBETA (25ML)

WVASO(25ML)

T1

(degC)T2

(degC)T3

(degC)TIEMPO(SEG)

WTERMOMETRO






C=ΔQΔT

ΔQ= m(Tf-T2)Ce

Experimento 1

Q= (2425)(70-42)(1)= 679 cal

C=679(42-20)= 3086 calgr degC

Experimento 2

Q= (2428)(70-44)(1)= 63128 cal

C= (63128)(44-20)= 2630 calgr degC

Experimento 3

Q=(2438)(70-44)(1)=63388 cal

C=63388(44-22)= 2881 calgr degC

Experimento 4

Q= (2518)(70-46)(1)= 60432 cal

C= (60432)(46-22)= 2518 calgr degC


C= (263 + 2881 + 3086)3= 2865 calgr degC

C= 2518 calgr degC


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5

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MATERIAL SUSTANCIAS





Probeta








RESULTADOS

W PROBETA (25ML)

WVASO(25ML)

T1

(degC)T2

(degC)T3

(degC)TIEMPO(SEG)

WTERMOMETRO






C=ΔQΔT

ΔQ= m(Tf-T2)Ce

Experimento 1

Q= (2425)(70-42)(1)= 679 cal

C=679(42-20)= 3086 calgr degC

Experimento 2

Q= (2428)(70-44)(1)= 63128 cal

C= (63128)(44-20)= 2630 calgr degC

Experimento 3

Q=(2438)(70-44)(1)=63388 cal

C=63388(44-22)= 2881 calgr degC

Experimento 4

Q= (2518)(70-46)(1)= 60432 cal

C= (60432)(46-22)= 2518 calgr degC


C= (263 + 2881 + 3086)3= 2865 calgr degC

C= 2518 calgr degC


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C=ΔQΔT

ΔQ= m(Tf-T2)Ce

Experimento 1

Q= (2425)(70-42)(1)= 679 cal

C=679(42-20)= 3086 calgr degC

Experimento 2

Q= (2428)(70-44)(1)= 63128 cal

C= (63128)(44-20)= 2630 calgr degC

Experimento 3

Q=(2438)(70-44)(1)=63388 cal

C=63388(44-22)= 2881 calgr degC

Experimento 4

Q= (2518)(70-46)(1)= 60432 cal

C= (60432)(46-22)= 2518 calgr degC


C= (263 + 2881 + 3086)3= 2865 calgr degC

C= 2518 calgr degC


42 44 44 460

5

10

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