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• Enrique Rodriguez

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ CENTRO REGIONAL UNIVERSITARIO DE COCLÉ FACULTAD DE ING. CIVIL

QUÍMICA GENERAL II EXPERIMENTO N° 6 “CALORIMETRÍA”

INTEGRANTES: CESAR TAMAYO CARLOS RODRÍGUEZ AULA: 6IC112 PROFA.: VILMA SÁENZ

INTRODUCCIÓN Fundamento Teórico "La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma", la aplicación específica de la Primera Ley de la Termodinámica al estudio de las reacciones químicas ha dado origen a la Termoquímica, La cuál es una rama de la fisicoquímica que trata de los cambios térmicos asociados a las transformaciones químicas y físicas. su objetivo es la determinación de las cantidades de energía calorífica cedida o captada en los distintos procesos a fin de ayudar a su remoción o de suministrar la que sea necesaria, así como desarrollar métodos de cálculo basados en los principios termodinámicos para dichos reajustes sin recurrir a la experimentación, sin embargo se pueden comprender mejor los métodos utilizados en la termoquímica si se consideran, ciertos aspectos de su metodología y el desarrollo de las técnicas experimentales de uso más frecuentes para determinar la variación del calor como una forma de la energía comprendida en una reacción, y es aquí donde la calorimetría nos permite experimentalmente tal determinación con la utilización del calorímetro, que consiste en un recipiente aislado y lleno de agua en la cual se sumerge la cámara de reacción. Conociendo la cantidad de agua, su calor específico y la variación de temperatura se calcula el calor de la reacción después de tener en cuenta también algunas correcciones por radiación, velocidad de enfriamiento del calorímetro, aumento de la temperatura de los recipientes, agitadores, etc. OBJETIVOS: 1. Construir un aparato que permita medir el intercambio de calor que ocurre durante un proceso. 2. Determinar la capacidad calorífica del calorímetro a través del proceso de calibración. 3. Determinar el calor de fusión de hielo y el calor de una reacción acido-base utilizando el calorímetro tipo taza de café. MATERIALES:       

2 termómetros Vaso de espuma de poliestireno de 24 onzas 2 vasos químicos de 250 mL Mechero Policial Balanza Cilindro graduado de 100 y 500 mL REACTIVOS:

   

Hielo Solución de ácido clorhídrico 0,5 M Solución de hidróxido de sodio 0,5 M Agua destilada

 PROCEDIMIENTO:

I Parte. CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DEL CALORÍMETRO. 1. Utilizamos un vaso químico de 250 mL, un vaso de espuma de poliestireno de 24 onzas, un termómetro y un policial, construimos un calorímetro según el diagrama presentado por su profesor. 2. Pesamos el calorímetro y anote este dato en la tabla N°1 3. Medimos con una probeta 90 mL de agua, vierta esta agua dentro del vaso químico que está dentro del calorímetro. Tápelo. 4. Pesamos el calorímetro con el agua y registre este peso en la tabla N°1 5. Medimos la temperatura del agua con intervalos de un minuto hasta obtener tres lecturas iguales. Anote este valor en la tabla N°1. 6. Medimos con una probeta 90 mL de agua y póngalos a calentar, cuando la temperatura está cerca del punto de ebullición, apague el mechero. 7. Registramos la lectura de temperatura del agua. 8. Destapamos el calorímetro, vierta rápidamente el agua caliente sobre el agua que está dentro del calorímetro y enseguida vuelva tapar. 9. Pesamos el calorímetro con la mezcla de agua y anote este valor en la tabla N°1 10. Descartamos la mezcla de agua y seque el calorímetro.

II Parte CALOR DE FUSION DEL HIELO 1. Vertimos 140 mL de agua dentro del calorímetro al cual usted le determino previamente su capacidad calorífica. 2. Pesamos el calorímetro con la masa de agua. Anote este valor en la tabla N°2. 3. Medimos la temperatura del agua con intervalos de un minuto hasta obtener tres lecturas iguale. Anotamos en la tabla N° 2. 4. Vierta 3 cubos de hielo si son grandes o 6 sin son chicos dentro del calorímetro, tape y agite la mezcla. Continúe registrando la temperatura cada minuto hasta encontrar tres lecturas iguales. 5. Pesamos el calorímetro con la mezcla de agua. Anote este peso en la tabla N°2

III Parte. EL CALOR DE REACCIÓN DE UNA REACCIÓN ACIDO- BASE 1. Medimos con la ayuda de un cilindro graduado 90 ml de ácido clorhídrico 0,5 M 2. Vertimos dentro del vaso químico que está dentro del calorímetro lo pesamos y anotamos en la tabla N°3. 3. Medimos la temperatura de la solución del ácido clorhídrico, con intervalos de un minuto hasta obtener tres lecturas iguales. 4. Procedimos a medir 90 ml de solución de hidróxido de sodio 0,5 y registramos la temperatura cada minuto hasta obtener tres lecturas iguales 5. Vertimos la solución de hidróxido de sodio en le calorímetro, tapamos y agitamos la mezcla y registramos la temperatura cada minuto hasta encontrar tres lecturas iguales. 6. Pesamos el calorímetro con la solución y anotamos en la tabla N°3.

RESULTADOS Tabla N°1 Peso del calorímetro Peso de calorímetro + agua fría Temperatura inicial del agua fría Temperatura del agua caliente antes de mezclar Tiempo de mezcla Temperatura final de la mezcla Peso del calorímetro + mezcla

172.38 g 259.44 g 27º C 79º C 15 s 47º C 343.71 g

Tabla N°2 Anote el peso del calorímetro que utilizo en la experiencia de calibración Anote el valor de la capacidad calorífica que determino en la experiencia de calibración Peso del calorímetro con el agua Temperatura del agua Temperatura de la mezcla Peso del calorímetro con la mezcla

172.38 g 27º C 315.06 g 27 º C 13º C 346.79º C

Tabla N°3 Anote el peso del calorímetro que utilizo en la experiencia de calibración Anote el valor de la capacidad calorífica que determino en la experiencia de calibración Temperatura de la solución de ácido clorhídrico Temperatura de la solución de hidróxido de sodio Temperatura de la mezcla Peso del calorímetro con la mezcla

172.38 g 27º C 27°C 27°C 30° C 349.73 g

CUESTIONARIO: 1. ¿Qué es calor? ¿Cuál es la diferencia entre calor y temperatura? El calor está definido como la forma de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía molecular media. El

calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, del número o del tipo. Por ejemplo, la temperatura de un vaso pequeño de agua puede ser la misma que la temperatura de un cubo de agua, pero el cubo tiene más calor porque tiene más agua y por lo tanto más energía térmica total. Generalmente el calor se define como una forma de energía asociada al movimiento de los átomos, moléculas u otras partículas que forman la materia; energía en tránsito entre dos cuerpos a distinta temperatura. En cambio la temperatura es un parámetro termodinámico del estado de un sistema que caracteriza el calor o transferencia de energía. En palabras más claras, calor es transferencia de energía mientras que la temperatura es una medida de la energía cinética de los átomos de un cuerpo.

2. Explique los siguientes términos: sistema, alrededores, sistema abierto, sistema cerrado, sistema aislado.

Sistema: es una parte específica del universo de interés para nosotros. Alrededores: es el resto del universo externo al sistema, también se denomina entorno. Sistema abierto: cuando pueden intercambiar masa y energía con su entorno. Sistema cerrado: permite la transferencia de energía (calor) pero no de masa Sistema aislado: no permite el intercambio ni de masa ni de energía con su entorno.

3. Cuál es la diferencia entre calor especifico y capacidad calorífica? ¿Cuál es propiedad intensiva y cuál es la extensiva? Calor específico: Cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 1gr. de una sustancia en un grado. Capacidad calorífica: que se define como la cantidad la cantidad de calor necesaria para elevar un grado la cantidad de un mol de sustancia a considerar. La diferencia es que el calor específico es una propiedad intensiva. La capacidad calorífica depende de la cantidad de materia que se considere, por lo tanto es extensiva. En una medición calorimétrica, porque es importante conocer la capacidad calorífica del calorímetro. La diferencia reside en que, el calor específico (Propiedad intensiva), es el calor requerido para elevar la temperatura de 1 g de una sustancia en 1 ºC, mientras que la capacidad calorífica (propiedad extensiva) es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1 ºC la temperatura de una cantidad dada de materia.

4 En una medición calorimétrica, ¿Por qué es importante conocer la capacidad calorífica del calorímetro? El calorímetro sirve para medir el desprendimiento de calores de reacción y calores de combustión, mediante los cambios de temperatura. Por eso es importante conocer la capacidad calorífica de un calorímetro, ya que este será el calor que el mismo pierde o gana con el exterior, sería su capacidad para mantener la temperatura sin cambio; cuanto mayor sea la capacidad calorífica, más calor se requiere para producir una elevación de temperatura.

5. En este experimento ¿Cómo determinamos que dos cuerpos han alcanzado el equilibrio térmico?

Al poner en contacto dos cuerpos a distinta temperatura, el de mayor temperatura cede parte de su energía al de menos temperatura hasta que sus temperaturas se igualan. Se alcanza así lo que llamamos "equilibrio térmico". Por lo que en esta experiencia pudimos determinar que el agua alcanzo su equilibrio térmico entre frio y caliente cuando el termómetro alcanzo una temperatura que no variaba aun estando los cubitos de hielo y el agua a una temperatura ambiente de 27 °C. Se dice que los cuerpos en contacto alcanzan el equilibrio térmico cuando no existe flujo de calor de uno hacia el otro. El parámetro termodinámico que caracteriza el equilibrio térmico es la temperatura. Cuando dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico, es porque tienen la misma temperatura. Cuándo dos porciones cualesquiera de un sistema se encuentran en equilibrio térmico se dice que el sistema mismo está en equilibrio térmico o que es térmicamente homogéneo. En el experimento determinamos que el sistema estaba en equilibrio térmico, porque la temperatura en cualquier punto del mismo era la misma. 6. Mencione fuentes de errores que puedan darse en el experimento Al momento de tomar las mediciones que en este caso es, registrar la masa del sólido y la temperatura del agua, que en sí, es la inicial de todo el sistema, y el problema radica por el mal uso de los instrumentos, o, por falta de precisión al tomar las respectivas mediciones. Otro motivo sería la pérdida de calor por parte de los sólidos al sacarlos del agua caliente y ponerlos en contacto con el medio ambiente antes de introducirlos al calorímetro, como también cuando se registra la temperatura de equilibrio de la mezcla, que comenzará a descender cuando ya empieza a enfriarse, la manera correcta de tomar aquel dato es en el momento que la temperatura que marca el termómetro permanezca estable.

7. ¿Cuál es la diferencia entre q hielo y q fusión del hielo?

La diferencia entre q hielo y q fusión del hielo reside en que, para q hielo tomamos en cuenta valores como la masa del hielo, el calor especifico y el cambio de temperatura (∆T) mientras que para q fusión del hielo (que es un cambio de estado) se toman en cuenta los mismos datos exceptuando el cambio de temperatura, porque simplemente no hay cambio de temperatura. Normalmente una sustancia experimenta un cambio de temperatura cuando absorbe o cede calor al ambiente que le rodea, sin embargo, cuando una sustancia cambia de fase absorbe o cede calor sin que se produzca un cambio de su temperatura.

8. ¿Por qué para el cálculo de q hielo usamos el valor del calor especifico del agua líquida en lugar del calor especifico del hielo? El calor específico o capacidad calorífica específica, c, de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para variar su temperatura en una unidad por unidad de masa. Por ejemplo, el calor específico del agua es 1 cal/g °C, lo que significa que cada gramo de agua necesita intercambiar una caloría para variar su temperatura un grado Celsius. El agua tiene una mayor capacidad de almacenar energía que muchas otras sustancias. Por tal razón, una pequeña masa de agua absorbe una gran cantidad de calor, con un aumento relativo de temperatura bastante pequeño. Por el mismo motivo se puede explicar que el agua se enfría más lentamente que otras sustancias. Es por esto que el agua se usa como refrigerante en muchas maquinarias o sistemas, como por ejemplo los automóviles.

9. Compare el calor de fusión del hielo obtenido experimentalmente, con el reportado en la literatura (q fusión del hielo= 80 cal/g) Esto significa que si sacamos de un congelador cuya temperatura es de –6° C un pedazo de hielo de masa igual a 100 gramos y lo ponemos a la intemperie, el calor existente en el ambiente elevará la temperatura del hielo, y al llegar a 0° C y seguir recibiendo calor se comenzará a fundir. A partir de ese momento todo el calor recibido servirá para que la masa de hielo se transforme en agua líquida. Como requiere de 80 calorías por cada gramo, necesitará recibir 8.000 calorías del ambiente para fundirse completamente. Cuando esto suceda, el agua se encontrará aún a 0° C y su temperatura se incrementará sólo si se continúa recibiendo calor, hasta igualar su temperatura con el ambiente.

10. Defina el término entalpia de disolución. La entalpía de un sistema, es una función de estado que expresa el calor liberado o absorbido durante un proceso, a presión constante. Por consiguiente, la entalpía de disolución es el calor generado o absorbido, cuando cierta cantidad de soluto se disuelve en cierta cantidad de disolvente.

CONCLUSIÓN

La ecuación calorimétrica sirve para determinar cantidades de calor si se conoce la masa del cuerpo, su calor específico la diferencia de temperatura, pero además permite definirla caloría como unidad de calor .Aun cuando no sea posible determinar el contenido total de energía calorífica de un cuerpo, puede medirse la cantidad que se toma o se cede al ponerlo en contacto con otro a diferente

temperatura. Esta cantidad de energía en tránsito de los cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura es precisamente lo que se entiende en física por calor. Una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado centígrado (1 °C) la temperatura de un gramo de agua. Esta definición, que tiene su origen en la época en la que la teoría del calórico estaba en plena vigencia, se puede hacer más precisa si se considera el hecho de que el calor específico del agua varía con la temperatura Si por convenio se toma el agua líquida como sustancia de referencia asignando a su calor específico un valor unidad, la caloría resulta de hacer uno el resto de las variables que intervienen en dicha ecuación

BIBLIOGRAFÍA Chang, R. 1999 Química. 6ta Edición, Editorial Mc Graw-Hill. Capitulo 4.