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• Jhean Pierre Fuentes

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL PRÁCTICA 8 CALORIMETRÍA Commented [EM1]: Pierden: -0,3

Caratula no se observa?????

13,9/20

RESUMEN En la practica se realizó la experimentación de calorimetría la cual consiste en la transferencia de calor que se produce entre los fluidos. Para la realización del experimento se procedió medir los volúmenes adecuados que se necesitaron con ciertas temperaturas específicas con las cuales se tomaron varios datos que nos servirán a lo largo de la realización de los cálculos respectivos. Como resultado se obtuvieron datos importantes de la práctica tales como: la temperatura de equilibrio, el calor latente del hielo y la capacidad calorífica del instrumento utilizado en el experimento. Se concluye que la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una cuerpo es proporcional a su masa. PALABRAS CLAVE CALOR_LATENTE/TEMPERATURA_DE_EQUILIBRIO/TRANSFERENCIA/CAPACIDAD_C ALORIFICA

Commented [EM2]: Debe redactar en tercera persona e infinitivo. En pasado. No redunde en la redacción.... No se debe utilizar la palabra práctica varias veces seguidas. Pierden: -0,5 Commented [EM3]: Se redacta en pasado y en tercera persona y falta concretar el porque puede decir esto??? Pierden: -0,5

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL

FALTA NÚMERO Y NOMBRE DE LA PRÁCTICA 1. OBJETIVOS. 1.1. Experimentar la transferencia de energía (calor) que se produce entre fluidos y cuerpos. 2. TEORÍA 2.1. Calorimetría La calorimetría es la ciencia que se encarga de medir la cantidad de calor generada en ciertos procesos físicos o químicos. El aparato que se encarga de medir esas cantidades es el calorímetro, el cual consta de un termómetro que está en contacto con el medio que está midiendo. Las paredes del calorímetro deben estar lo más aisladas posible ya que hay que evitar al máximo el intercambio de calor con el exterior. De lo contrario, las mediciones serán totalmente erróneas.

2.2. Calor y Energía El calor representa la cantidad de energía que un cuerpo transfiere a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura entre ambos. El tipo de energía que se pone en juego en los fenómenos caloríficos se denomina energía térmica. El carácter energético del calor lleva consigo la posibilidad de transformarlo en trabajo mecánico. Sin embargo, la naturaleza impone ciertas limitaciones a este tipo de conversión, lo cual hace que sólo una fracción del calor disponible sea aprovechable en forma de trabajo útil. Las ideas acerca de la naturaleza del calor han variado apreciablemente en los dos últimos siglos. La teoría del calórico o fluido tenue que situado en los poros o intersticios de la materia pasaba de los cuerpos calientes -en los que supuestamente se hallaba en mayor cantidad- a los cuerpos fríos, había ocupado un lugar destacado en la física desde la época de los filósofos griegos. Sin embargo, y habiendo alcanzado a finales del siglo XVIIIsu pleno apogeo, fue perdiendo credibilidad al no poder explicar los resultados de los experimentos que científicos tales como Benjamín Thomson (1753-1814) o Humphrey Davy (1778-1829) realizaron. Una vieja idea tímidamente aceptada por sabios del siglo XVII como Galileo Galilei o Robert Boyle resurgió de nuevo. El propio Thompson (conde de Rumford), según sus propias palabras, aceptó la vuelta a aquellas «viejas doctrinas que sostienen que el calor no es otra cosa que un movimiento vibratorio de las partículas del cuerpo».

2.3. Calorímetro Para efectuar medias calorimétricas es necesario conocer la capacidad calorífica de los elementos que forman el calorímetro. Es evidente que para un mismo aparato la suma de dichas capacidades caloríficas será una constante, y se la ha denominado “equivalente en agua del calorímetro”. Se define como equivalente en agua del calorímetro al peso de agua que necesita la misma cantidad de calor que el termómetro, agitador, paredes del calorímetro, etc, para elevar su temperatura el mismo número de grados. El equivalente en agua es así la capacidad calorífica de una masa de agua, de igual valor a la suma de las capacidades caloríficas de los elementos del calorímetro, se expresa en cal. grado-1. Se determina experimentalmente.

2.4. Ley de conservación de la energía Enunciado del principio de conservación de la energía: “La energía no puede crearse ni destruirse en una reacción química o proceso físico. Sólo puede convertirse de una forma en otra”. En las reacciones químicas se desprende energía, si son exotérmicas, y se absorbe en el caso de ser endotérmicas. Los reactivos de una reacción endotérmica, más una cierta cantidad de calor (energía) dan los productos. Puede demostrarse que la energía de los productos es igual a la suma de la energía que tenían los reactivos más el calor aportado. La experiencia indica que en todo proceso físico o químico la energía se conserva, aunque puede pasar de unas formas a otras. La energía química puede convertirse en energía calorífica, luminosa, eléctrica, etc.

2.5. Sistemas sin reacción química La transferencia de calor de un cuerpo a otro ocurre por diferencia de temperaturas. El calor siempre fluye del producto más caliente hacia el más frío. El calor es siempre mayor cuanto mayor es la diferencia de temperaturas. Durante el proceso de transferencia térmica hay una etapa de acumulación de energía hasta alcanzarse el estado

Commented [EM4]: Pierden: -0,2

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL estacionario, es decir que la temperatura a lo largo del recorrido del flujo de calor varía con el tiempo. Tanto la transferencia de calor ene estado estacionario como en estado no estacionario, juegan un papel importante en los procesos térmicos asociados a la industria alimenticia.

2.6. Transferencia de energía Al calentar un cuerpo, evidentemente se está gastando energía. Las partículas que constituyen el cuerpo incrementan su actividad aumentando su movimiento, con lo cual aumenta la energía de cada una de ellas y, por tanto, la energía interna del cuerpo. Se sabe, que al poner en contacto dos cuerpos, uno caliente y otro frío, el primero se enfría y el segundo se calienta. Esta transferencia de energía desde el primer cuerpo hasta el segundo se lleva a cabo de la manera siguiente: las partículas del cuerpo más caliente, que se mueven más rápidamente por tener más energía, chocan con las partículas del segundo que se encuentran en la zona de contacto, aumentando su movimiento y, por tanto su energía. El movimiento de éstas partículas se transmite rápidamente a las restantes del cuerpo, aumentando la energía contenida en él a costa de la energía que pierde en los choques las partículas del primer cuerpo. La energía que se transfiere de un cuerpo a otro se denomina calor.

3.

PARTE EXPERIMENTAL.

3.1. Materiales y Equipos.         

Agitador Calorímetro. Termómetro. ±0.1°C Vaso de precipitación. ± 50 ml Soporte universal. Aro de hierro. Mechero. Malla de amianto. Piseta

3.2. Sustancias y reactivos.  

Agua. Hielo.

H2O(l) H2O(s)

3.3. Procedimiento. 3.3.1. 

Medida de la capacidad calorífica de un calorímetro. Introducir un vaso de precipitación dentro del calorímetro.

Commented [EM5]: Faltan rangos Pierden: -0,2

  

3.3.2.    

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL Tomar 50 mL de agua temperatura ambiente y ponerlos en el calorímetro, cerrar la tapa del calorímetro introducir el termómetro y el agitador. Cuando la temperatura se haya estabilizado tomar la temperatura (T2). Calentar 50 mL agua hasta alcanzar unos 40ºC, tomar la temperatura (T1) y a continuación se vierte en el calorímetro. Una vez que ambas porciones de agua se encuentran en el calorímetro, se agita ligeramente y se lee la temperatura de equilibrio ( el tiempo que sea necesario hasta que la temperatura del termómetro sea estable) Calor latente de fusión del hielo. Se calienta en un vaso de precipitación unos 100 mL de agua hasta 30ºC, de esta agua templada se toman exactamente 75 mL medidos en una probeta. Se introduce esta cantidad en el calorímetro midiendo al cabo de unos minutos la temperatura T1. Por otra parte se toma una cantidad de hielo picado, procurando que este lo más seco posible, la masa de hielo se medirá posteriormente una vez fundido a partir del incremento de volumen. Seguidamente se agita el calorímetro y al cabo de unos minutos se anota la temperatura de equilibrio TE y deberá ser necesariamente superior a 0ºC, de lo contrario se deberá repetir la experiencia con menor cantidad de hielo.

3.3.3. Determinar la temperatura de equilibrio en una muestra.  Mida 50 mL de agua en un vaso de precipitación.  Caliente el agua del vaso con el mechero hasta una temperatura entre 40 y 50 ºC.  Introduzca el vaso de precipitación en el calorímetro y deje que se estabilice la temperatura.  Determine la temperatura del agua.  Mida 50 mL de agua en otro vaso de precipitación a temperatura ambiente.  Determine la temperatura del agua a temperatura ambiente.  Introduzca los 50 mL de agua a temperatura ambiente en el calorímetro.  Agite y determine la temperatura de equilibrio en el sistema. 4.

DATOS.

4.1. Datos Experimentales. Tabla 1. Capacidad calorífica del calorímetro. Datos Valor 22.1°C Temperatura 1, [ºC] 50 ml Volumen 1, [mL] 40°C Temperatura 2, [ºC] 100 ml Volumen 2, [mL] 34.5°C Temperatura de equilibrio, [ºC]

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL Tabla 2. Calor latente de fusión. Datos Temperatura 1, [ºC] Volumen 1, [mL] Temperatura 2, [ºC] Volumen 2, [mL] Temperatura de equilibrio, [ºC]

Valor 30.4°C 75 ml 2.7°C 92 ml 13.5°C

Tabla 3. Temperatura de equilibrio de un sistema. Datos Valor 42.3°C Temperatura 1, [ºC] 50 ml Volumen 1, [mL] 23.8°C Temperatura 2, [ºC] 100 ml Volumen 2, [mL] 33.2°C Temperatura de equilibrio, [ºC] 4.2. Datos Adicionales. Tabla 4. Propiedades fisicoquímicas. Propiedad Valor 1 g/ml Densidad, [g/mL] 1 cal/g°C Capacidad calorífica, [cal/gºC] Fuente: 5.

CÁLCULOS.

5.1. Calculo de la capacidad calorífica de un calorímetro. 𝑚1𝐶𝑝1(𝑇𝑒−𝑇1)+𝐶𝑝𝑘(𝑇𝑒−𝑇2)+𝑚2𝐶𝑝2(𝑇𝑒−𝑇2)=0 𝐶𝑝𝑘={−𝑚1𝐶𝑝1(𝑇𝑒 − 𝑇1)−𝑚2𝐶𝑝2(𝑇𝑒 − 𝑇2)}/(𝑇𝑒 − 𝑇2) 𝐶𝑝𝑘 = {-100*(1)*(34.5-22.1)-100*1*(34.5-40)}/(34.5-40) 𝐶𝑝𝑘= 125.45 [CalºC]

(1)

5.2. Calculo del calor latente de fusión. 𝑚1𝐶𝑝1(𝑇𝑒−𝑇1)+𝐶𝑝𝑘(𝑇𝑒−𝑇1)+𝑚2𝐶𝑝2(𝑇𝑒−𝑇2)+𝑄𝐹=0 𝑄𝐹=-𝑚1𝐶𝑝1(𝑇𝑒 − 𝑇1) - 𝐶𝑝𝑘(𝑇𝑒 − 𝑇1)- 𝑚2𝐶𝑝2(𝑇𝑒 − 𝑇2) 𝑄𝐹=-75*1*(13.5-30.4)-125.45*(13.5-30.4)-92*1*(13.5-2.7) 𝑄𝐹=2394.005 [Cal] 𝛥𝐻

= 𝑄𝐹 𝑚2

𝛥𝐻=2394.005/92 𝛥𝐻=26.021

5.3. Calculo de la temperatura de equilibrio.

(2)

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL 𝑚1𝐶𝑝1(𝑇𝑒−𝑇1)+𝐶𝑝𝑘(𝑇𝑒−𝑇2)+𝑚2𝐶𝑝2(𝑇𝑒−𝑇2)=0 𝑇𝑒={𝑇1𝑚1𝐶𝑝1+𝑇2𝐶𝑝𝑘+𝑇2𝑚2𝐶𝑝2}/𝑚1𝐶𝑝1+ 𝑚2𝐶𝑝2+𝐶𝑝𝑘 𝑇𝑒={2115+2985.71+2380}/(275.45) 𝑇𝑒=27.15[ºC]

(4)

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL 5.4. Calculo del porcentaje de error de la temperatura de equilibrio. %error =Tteorico−

Texperimen tal/Tteorico 6.

%error={(2 7.1533.2)/27.15 }*100

%error=22.28%

RESULTADOS.

Capacidad calorífica del calorímetro 125.45

Tabla 5.Resultados Calor latente de Temperatura de fusión. equilibrio de un sistema 26.021

27.15

%error

22.8%

7. DISCUSIÓN. (10 líneas) Al realizar el metodo de cambio o transferencia de calor de una reaccion dentro de un calorimetro adecuado, se puede obtener informacion de una variacion de medida al momento de mezclar dos sustancias a temperaturas diferentes y podemos llegar a proponer que el metodo utilizado fue el adecuado ya que se pudo se absorvida o desprendida mediante la toma de temperatura, sin embargo al momento de tomar las medidas en temperatura podemos descuidardos y llegara a ocurrir una falla humana, debido al contacto del termometro con la varilla de agitacion o a su vez con el fondo del vazo de precipitacion ocacionando que el medidor desienda su temperatura real de la mezcla, por lo cual se ha llegado a pensar que si existe un uso adecuado y una medida media entre el fondo del vazo y el meñisco del liquido vamos a lograr tomar de mejor manera las medidas en temperatura obteniendo datos cercanos a la realidad.    



8. CONCLUSIONES. Se puede concluir de una manera general que la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una cuerpo es proporcional a su masa. Y de igual manera se encuentra definido para la cantidad de calor necesario para fundir un cuerpo en un liquido con temperatura de fusión. Dos cuerpos con diferentes temperaturas que se encuentren en contacto después de un periodo de tiempo, llegan a equilibrar su temperatura. El calor que es desprendido de un sistema cualquiera que este sea será asimilado por el sistema que lo contenga. El calor que emiten los dos compuestos dentro del calorímetro se dispersan por el mismo ya que este los absorbe produciendo que la temperatura de los compuestos o mezcla se estabilice y sea una temperatura en equilibrio sin importar que los compuestos inicialmente estuvieran con diferentes temperaturas. Gracias al calorímetro existe la transferencia de energía de los sistemas que se encuentran en contacto. 9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 9.1. Citas Bibliográficas. 9.2. Bibliografía. 10. ANEXOS. 10.1. Diagrama del Equipo.

Commented [EM6]: Son dos porcentajes de error, el de la temperatura y el del calor lantente Pierden: -0,5

Commented [EM7]: Se redacta en tercera persona y en pasado. Pierden: -0,5 Commented [EM8]: Que se pudó???? No me dice nada!!! Pierden: -0,3 Commented [EM9]: Revisar ortografía Commented [EM10]: Revise ortografía, de igual manera mejore la redacción.... La recomendación no esta clara, y los errores en que parte del proceso le afectan??? Pierden: -1,2 Commented [EM11]: Por que??' Debido a qué??? Pierden: -0,5 Commented [EM12]: De qué depende??? Porque??? Pierden: -0,5 Commented [EM13]: Porque??? Debido a qué??? Pierden: -0,3

Commented [EM14]: No es una razón exacta, debido a qué define esto??? Pierden: -0,4

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Fig1. Diagrama del Equipo