INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería Campus Guanajuato

Química Industrial

Luis Ángel García de la Rosa

Reporte de práctica 1: Calorimetría

Resumen

OBJETIVOS

Principalmente lo que se busca es conocer los conceptos fundamentales de calorimetría, capacidad calorífica y calor específico para así poder determinar experimentalmente la constante del calorímetro (capacidad calorífica), empleando una muestra que produce una cantidad conocida de calor.Determinar las calorías que tiene un cierto producto alimenticio comercial por medio de una bomba calorimétrica. Comparar las calorías reportadas en la envoltura del producto con las calculadas experimentalmente.

INTRODUCCIÓN

Al mezclar dos cantidades de líquidos a distinta temperatura se genera una transferencia de energía en forma de calor desde el más caliente al más frío. Dicho tránsito de energía se mantiene hasta que se igualan las temperaturas, cuando se dice que ha alcanzado el equilibrio térmico.La cantidad de calor Q que se transfiere desde el líquido caliente, o la que absorbe el frío, responde a la expresión:

Q = (m) (Ce) (ΔT)

Donde m es la masa del líquido, Ce su calor específico y ΔT la variación de temperatura que experimentan.

Materiales y Reactivos que proporciona el laboratorio

3 termómetros probeta de 100 mL Parrilla de calentamiento

2 vasos de precipitados de

250 mLvaso de precipitados de 600 mL 2 Telas de asbesto

2 Pinzas para tubo de ensaye

2 Tubo de ensaye con tapón 2 Tubo de ensaye sin tapón

Ácido sulfúrico H2SO4

Carbonato de sodio Na2CO3 Hidróxido de sodio NaOH

Granalla de Sn

Fundamentos Teórico

En el laboratorio, los cambios de calor de los procesos físicos o químicos se miden con un calorímetro, que es un recipiente cerrado diseñado específicamente para este propósito.

El estudio de la calorimetría, la medición de los cambios de calor, depende de la comprensión de los conceptos de calor específico y capacidad calorífica.El calor específico (s) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de la sustancia. La capacidad calorífica (C) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de una determinada cantidad de sustancia.El calor específico es una propiedad intensiva, en tanto la capacidad calorífica es una propiedad extensiva. La relación entre la capacidad calorífica y el calor específico de una sustancia es:

C = ms

Donde m es la masa de la sustancia en gramos.Como se ha mencionado dependiendo de la naturaleza del proceso que se estudia se emplearan las técnicas y equipos necesarios. En el caso particular de nuestra práctica sólo estudiaremos los cambios de energía a volumen constante, ya que por medio de una reacción de combustión conoceremos la capacidad calorífica de nuestro producto.

Método experimental

a) CALIBRACIÓN DE UN CALORÍMETRO DE UNICEL

b) DETERMINACIÓN DE CALOR ESPECÍFICO DEL ESTAÑO

C) DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DE UN LÍQUIDO

Poner en un vaso de p. 350 ml de agua y calentar hasta 95o

Medir 100ml (agua) temperatura ambiente

Vaciar al calorímetro

Tomar la temperatura

del agua en el

calorímetro.

Tomar muestra de 100 ml de agua del vaso de precipitado (agua caliente).

Tomar temperatura del agua caliente

Vaciar con precaución en el calorímetro.

Tapar el calorímetro, agitar la mezcla por unos segundos.

Tomar temperatura de la mezcla (agua templada- agua caliente).

12 3 4 5

6789

Repetir el procedimiento del paso 2 al 9, 2 veces más.

Etiquetar y pesar 2 tubos de ensaye vacios

Colocar 20g. de granilla de estaño en cada tubo y ponerlos en el vaso de p. con agua caliente por 30 min.

Tomar la temperatura del agua en ebullición.

Medir 50 ml de agua a temperatura ambiente y tomar la temperatura.

Vaciar el agua a temperatura ambiente en el calorímetro

Vaciar el estaño del tubo en el calorímetro.

Tapar el calorímetro, agitar la mezcla por unos segundos.

Tomar temperatura de la mezcla (agua - estaño).

Pesar los tubos con el sobrante de estaño y encontrar el peso real del estaño vaciado.

Repetir el procedimiento del paso 3 al 9, 1 vez más.

Repetir el procedimiento del paso 1 al 8, 1 vez más. Sustituyendo el estaño por aluminio y posteriormente cobre

1 2 3 4

56789

1 23 4

5

RESULTADOS

Colocar 100 ml de glicerina en un vaso de p. y calentar hasta 85o

Medir 100ml (agua) temperatura ambiente

Vaciar al calorímetro

Tomar la

temperatura del agua

en el calorímetro.

Tomar 30 ml de de glicerina caliente

Tomar temperatura de la glicerina caliente.

Vaciar con precaución en el calorímetro.

Tapar el calorímetro, agitar la mezcla por unos segundos.

Tomar temperatura de la mezcla (agua templada- glicerina caliente).

Repetir el procedimiento del paso 2 al 9, 2 veces más.

789

6

LECTURA Q perdido (J) Q ganado (J) Cp (cap. Calorífica)

1 14651 9627,8 2.75 J/gºC2 12976,6 9209,2 2.97 J/ºC3 13813,8 9627,8 3.51 J/ºC

Cp Promedio

3.07 J/ºC

Capacidad Calorífica del Calorímetro (Ce Agua = 4.186 J/gºC)

73% 27%

Porcentaje de eficiencia Cp

Promedio/Cp teórico

Porcentaje de error (100 - porcentaje de

eficiencia)

En esta sección mostramos los resultados por secciones.

a) Calibración del Calorímetro En base a los datos de la Tabla 1 se muestra por lectura cada masa (m) y temperatura (T), de los cuales, se obtiene el ΔT deseado de acuerdo a los cálculos siguientes.

LECTURA m1 (ml) T1 (ºC) m2 (ml) T2 (ºC) T3 (ºC)

1 100 19 100 77 422 100 23 100 76 453 100 22 83 78 45

CALORÍMETRO

Tabla 1: Datos de cada porción de agua, por lectura.

Para obtener la capacidad calorífica del calorímetro se realizaron los siguientes cálculos:

Calor perdido: Q perdido=−Cagua m2 (T 3−T 2 )

Calor ganado: Q ganado=Cagua m1 (T 3−T 1)

Capacidad Calorífica: C calorimetro=¿

Se obtuvo los siguientes resultados de la Tabla 2, donde muestra la capacidad calorífica promedio del calorímetro, el cual, se estará utilizando para la obtención del calor específico de los demás materiales.

Tabla 2: Resultados de Capacidad Calorífica del calorímetro

b) Calor Específico del Estaño

1 10,66 30,39 10,78 19,612 10,66 30,66 10,79 19,87

PESOS (Granalla de Sn)

Tubo de Ensaye Peso tubo vacío

Peso tubo lleno

Peso tubo al vaciar Sn

Peso real de Granalla

LECTURA magua (g) Tagua (ºC) mestaño (g) Testaño (ºC)

Testaño con agua

(ºC)

1 50 23 19,61 93 292 50 21 19,87 93 25

A continuación se muestran en la Tabla 3 los datos del peso real del Estaño que se vació al calorímetro

Tabla 3: Diferencias de peso para obtener el real del Estaño.

De manera similar a las mediciones del calorímetro, se necesitaron los mismos datos iniciales (como se muestra en Tabla 4), solo que en éste se tomara la temperatura del agua hirviendo como la temperatura del Estaño.

Tabla 4: Datos iniciales.

Así como en el calorímetro, también en esta parte hicimos los cálculos siguientes:

Calor perdido del Estaño: Q perdido=−C estaño mestaño (T estaño+agua−T estaño )

Calor ganado del Agua:

Q ganado=Cagua magua (Testaño+agua−T agua)+C calorímetro (T estaño+agua−T agua)

Calor especifico del Estaño (Exp):

C estaño=[Cagua magua (T estaño+agua−T agua )mestaño (Testaño−T estaño+agua)

(1.27 error)]

1 315,01 8361,36 1,2707J/gºC2 339,14 5574,24 0,78 J/gºC

1,025 J/gºC

Calor Específico del Estaño (Experimental)Qperdido del

estaño (J) Qganado del

agua (J)Ce (Cal. específico)LECTURA Ce promedio

LECTURA magua (g) Tagua (ºC) mgl icerina (g) Tgl icerina (ºC) Tglicerina/agua (ºC)

1 100 22 60,48 104 53

GLICERINA ρ= 1,26 g/ml

0,251 1,025 408,37

Teórico (J/gºC)

Experimental (J/gºC)

% Error

Ahora, en base a las ecuaciones anteriores, nuestros resultados se muestran en la Tabla 5, en los cuales el resultado del Calor específico del Estaño es solamente el experimental.

Tabla 5: Calor específico del Estaño experimental

En la siguiente tabla se muestran el porcentaje de error.

Tabla 6: Porcentaje de error.

c) Calor específico de Glicerina

Como en los casos anteriores se muestran los datos iniciales, con su respectiva densidad de la glicerina.

Tabla 7: Datos iniciales

De igual manera utilizamos las mismas ecuaciones para la determinación del calor específico experimental de la glicerina.

Calor perdido del Estaño: Q perdido=−C estaño mglicerina ( T glicerina+agua−T agua)

Calor ganado del Agua:

Q ganado=Cagua magua (T glicerina+agua−T agua)+C calorímetro (T glicerina+agua−T agua)

1 7464,44 38009,72 5,34

Calor Específico de Glicerina (Experimental)

Qperdido de glicerina (J)

Q ganado del agua (J)

LECTURA Ce glicerina (J/gºC)

Teórico (J/gºC)

Experimental (J/gºC)

% Error

2,42 5,34 220,66

LECTURA magua (g) Tagua (ºC) maluminio (g) Taluminio (ºC) Taluminio/agua (ºC)

1 50 22 5,6157 94 24

ALUMINIO (Ce Teórico= 0,92 J/gºC)

LECTURA magua (g) Tagua (ºC) mcobre(g) Tcobre (ºC) Tcobre/agua (ºC)

1 50 21 2,4041 98 24

COBRE

Calor especifico del Estaño (Exp):

C estaño=[Cagua magua (T glicerina+ agua−T agua)mglicerina (T glicerina−T glicerina+agua )

(1.27 error)]En esta sección se tuvo un error de interpretación y solo se hizo una lectura, por lo que seste resultado se toma como el promedio del Calor especifico de la glicerina experimental

Tabla 8: Calor especifico de glicerina experimental

Después de haber calculado el calor especifico experimental, se demuestra en la siguiente tabla cuanto error obtuvimos en la medición de este.

Tabla 9: Comparación de resultados obteniendo el error.

d) Calor Especifico de Aluminio y Cobre

De la misma manera se obtuvieron los datos iniciales.

Tabla 10 a): Datos iniciales del Aluminio.

LECTURA Qperdido del Al Qganado del Agua Ce aluminio

1 361,65 (J) 3205,72 (J) 1,35 (J/gºC)

Calor Específico (Experimental)

Teórico (J/gºC)

Experimental (J/gºC)

% Error

0,92 1,35 146,74

LECTURA Qperdido de Cobre Qganado del Agua Ce cobre1 68,49 (J) 4180,68 (J) 23,5 (J/gºC)

Calor Específico (Experimental)

Experimental (J/gºC)

% Error

0,385 23,5 6103,90

Teórico (J/gºC)

Tabla 10 b): Datos iniciales del Cobre.

Como ya se mostró anteriormente se calcula su calor específico experimental con las mismas ecuaciones que las demás sustancias, solo que cambiando los datos respectivos al Aluminio y Cobre.

Calor perdido del Estaño: Q perdido=−CCobre ó Aluminio mcobre ó aluminio (T cobre ó aluminio+agua−T agua )

Calor ganado del Agua: Q ganado=Cagua magua (Tcobre o aluminio+agua−T agua)+C calorímetro (T cobre o aluminio+agua−T ag ua )

Calor especifico del Aluminio y/o Cobre (Exp):

C estaño=[ Cagua magua (Tcobre o aluminio+agua−T agua)mcobre o aluminio (T cobre o aluminio−Tcobre oaluminio+agua )

(1.27 error )]También se muestra los resultados de cada elemento y su respectivo error comparado con el teórico.

Tabla 11 a) y b): Calor específico y cálculo de error del Aluminio.

Tabla 12 a) y b): Calor específico y cálculo de error del Cobre.

DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES

La principal función del calorímetro, al ser un sistema aislado, es no dejar escapar el

calor que está dentro del sistema una vez encontrado el equilibrio de temperatura.

En nuestro calorímetro encontramos diversos factores que no permitieron que esta

función específica del calorímetro se lograra:

o El material con el que fue construido el calorímetro no permitió estar

totalmente aislado este sistema, en nuestro caso, utilizamos yeso para el

recubrimiento exterior el cual, debió ser colocado como mínimo una semana

antes del experimento, además de que no era muy viable pues este material

es poroso y el calor se cuela

o Los movimientos lentos de traslado de las sustancias hacían que se perdiera

el calor en el transcurso del lugar de trabajo al calorímetro, aunque este

puede considerarse mínimo, también influye en la pérdida del calor.

o Errores de medición y percepción de temperatura se vieron reflejados en los

resultados de comparación con el experimental, ya que, el hecho de que el

resultado se acercara al valor teórico dependía mucho de los ΔT.

Por lo tanto, concluimos que nuestros resultados no fueron los que se esperaban,

pues como se muestra en la sección de resultados, en la mayoría tenemos un error

demasiado grande, así que estos resultados los atribuimos en mayor parte a la

deficiencia de nuestro calorímetro.