Informe 2 Quimica 2

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM TERMODINÁMICA QUIMICA: CALORIMETRIA PARTE 2 I. II. OBJETIVOS:  Consiste

Views 299 Downloads 6 File size 5MB

Report DMCA / Copyright

DOWNLOAD FILE

Recommend stories

Citation preview

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM TERMODINÁMICA QUIMICA: CALORIMETRIA PARTE 2 I.

II.

OBJETIVOS:  Consiste en determinar y comprobar experimentalmente el calor latente de fusión y de vaporización del agua, así mismo el calor de neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte en soluciones diluidas.  Corroborar la capacidad calorífica del calorímetro y calcular el calor latente de fusión del agua.  Calcular el calor latente de vaporización del agua. FUNDAMENTO TEÓRICO:

Calorimetría Es la parte de la termología que estudia la medida del calor de los cuerpos. Todos los calculos de la calorimetria se fundamentan en los siguientes principios: 



cuando se ponen en contacto dos cuerpos a temperaturas distintas el mas caliente cede calor al frio hasta que ambos quedan a una temperatura intermedia de las que tenian al principio. el calor ganado por un cuerpo es exactamente igual al cedido por el otro. Si tenemos un cuerpo de masa m1, calor especifico c1 y que esta a una temperatura t1 y otro de masa m2, calor especifico c2 y que esta a una temperatura t2 y suponemos que t1>t2 al ponerlos en contacto ambos quedaran a una temperatura intermedia te cumpliendose que t1>te>t2. el calor perdido por el cuerpo caliente sera Qp=m1 c1 (t1-te) El calor ganado por el cuerpo frio sera Qg=m2 c2 (te-t2) Qp = Qg

Determinación del calor especifico de un cuerpo. Metodo de las mezclas para determinar el calor especifico de un solido se emplea un aparato llamado calorimetro de mezclas consta de un deposito dentro del cual va un vaso que puede ser un vaso Dewar y que el conjunto esta aislado del exterior. El aparato va provisto de un termómetro y un agitador.

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM

Determinación de valor en agua de un calorímetro Los accesorios del interior del calorímetro incluso del mismo vaso absorben una cantidad de calor que ha de ser tenida en cuenta a la hora de determinar el calor especifico de un cuerpo. El valor en agua se determina de la siguiente manera:  

se llena aproximadamente hasta la mitad del calorimetro con agua a unos 50ºC anotando su masa m1. Se agita durante unos minutos y se anota la temperatura exacta señalada por el termómetro del calorimetro.



Se vierte en el calorimetro una masa de H2O m2 a la temperatura a que este en el laboratorio t2.



Se agita hasta que la temperatura se estabilice en el termómetro y se anota te, entonces aplicando el metodo de las mezclas sabemos que Qp=Qg.

El valor en H2O A nos lo pueden dar en gramos cuando indican el numero de gramos de agua que absorberian la misma cantidad de calor que el vaso y los accesorios tambien nos lo pueden dar como capacidad calorifica del calorimetro C= m ce= gr cal/gr ºC= J/K Determinación del calor especifico Se pesa exactamente el sólido masa (m1) y se suspende de un hilo, se introduce en una estufa a una temperatura inferior, t1, a 100ºC durante unas horas, se coloca en el calorimetro una masa (m2) de agua y se agita hasta que se estabilice la temperatura t2. se introduce rapidamente el cuerpo dentro del calorimetro y se continua agitando hasta que se estabilice la temperatura te, se tendra que el calor cedido sera igual al calor absorbido del agua mas el calorimetro. Qcedido cuerpo= Qabsorbido H2O + calorímetro Qcedido = m1 ce (t1-te) Qabsorbido = (m2 + A) 1 (te-t2) m1 ce (t1-te)=(m2+ A) 1 (te - t2)

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM ce= (m2+A)(te-t2)/m1(t1-te)

Calor latente El calor de cambio de estado es la energía requerida por una sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización).Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura; por tanto al cambiar de gaseoso a líquido y de líquido a sólido se libera la misma cantidad de energía. Antiguamente se usaba la expresión calor latente para referirse al calor de fusión o de vaporización. Latente en latín quiere decir escondido, y se llamaba así porque, al no notarse un cambio de temperatura mientras se produce el cambio de fase (a pesar de añadir calor), éste se quedaba escondido. La idea proviene de la época en la que se creía que el calor era una sustancia fluida denominada calórico. Por el contrario, el calor que se aplica cuando la sustancia no cambia de fase, aumenta la temperatura y se llama calor sensible. Cuando se aplica calor al hielo, va ascendiendo su temperatura hasta que llega a 0 °C (temperatura de cambio de fase), a partir de entonces, aun cuando se le siga aplicando calor, la temperatura no cambia hasta que se haya fundido del todo. Esto se debe a que el calor se emplea en la fusión del hielo. Una vez fundido el hielo la temperatura volverá a subir hasta llegar a 100 °C; desde ese momento se mantendrá estable hasta que se evapore toda el agua. Esta cualidad se utiliza en la cocina, en refrigeración, en bombas de calor y es el principio por el que el sudor enfría el cuerpo. Calor latente de algunas sustancias 

Agua:



de fusión: 333,9 kJ/kg (79,9 kcal/kg) a 0 ºC;  de vaporización: 2257 kJ/kg (539 kcal/kg) a 100 ºC. Amoníaco:  de fusión: 753 kJ/kg (180 kcal/kg) a -77,73 °C;  de vaporización: 1369 kJ/kg (327 kcal/kg) a -33,34 °C. 

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM Cuando se da el calor latente de cambio de estado, es necesario dar también la temperatura a la que se produce, porque, en menor cantidad, también hay evaporación o fusión a otras temperaturas (por ejemplo, la evaporación del sudor en la piel ocurre a temperaturas inferiores a 100 ºC), con valores distintos de calor latente. El agua tiene un calor de vaporización alto ya que, para romper los puentes de hidrógeno que enlazan las moléculas, es necesario suministrar mucha energía; también tiene un calor de fusión alto. Una de las ventajas del elevado calor de vaporización del agua es que permite a determinados organismos disminuir su temperatura corporal. Esta refrigeración es debida a que, para evaporarse, el agua de la piel (por ejemplo, el sudor) absorbe energía en forma de calor del cuerpo, lo que hace disminuir la temperatura superficial. Cambios de estado Q = mL Donde L es el calor de fusión o de evaporación y m es la masa que cambia de estado.

III.

PARTE EXPERIMENTAL: EXPERIMENTO Nº 01 DETERMINACIÓN DEL CALOR LATENTE DE FUSIÓN 1. MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS:        

2 vasos de 150 ml. 1 vaso de 250 ml. 1 termómetro de 0 a 150° C 1 probeta de 100 ml. 1 mechero de bunsen. 1 piceta. 1 agitador de alambre. Trocitos de hielo.

2. PROCEDIMIETO EXPERIMENTAL:

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM 



 

Determinar la capacidad calorífica del calorímetro de acuerdo al procedimiento ya explicado en la práctica anterior y utilizar dicho valor en sus cálculos. Colocar sobre un papel filtro hielo en trozos a 0°C, si se observa que los papeles filtros se empapan nos indicará que la temperatura del hielo es a 0°C. Preparar un calorímetro con 50 ml de agua, ligeramente tibia 60-70 °C. La cantidad de agua debe medirse cuidadosamente con la probeta.

3. DATOS Y OBSERVACIONES DEL EXPERIMENTO:  

La fusión del hielo tardo más del esperado, debido a que el agua se encontraba ligeramente tibia. La agitación se realizo suavemente para que la energía mecánica no se convierta en calor.

4. CÁLCULOS Y RESULTADOS: Calor específico : 22 cal/g Temperatura del agua : 49°C Volumen de agua :50 ml Masa del Hielo :40 g Temperatura del hielo : 0°C Temperatura media :6°C Reemplazando en: (CeΔTm)hielo + mLf + (CeΔTm)agua + CcΔT = 0 (0.5)(6°C-0°C)(40g) + 40Lf + 1(6°C-49°C)50g + (22cal/g) (6°C-49°C) = 0 Lf = 74,4 cal/g | %error | = 7 % 5. GRÁFICAS, TABLAS O DIBUJOS:

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM

6. CONCLUSIONES:  

Experimentalmente se concluyó que el calor latente de fusión del agua se aproxima al valor teórico que es 80 cal/g El hielo cambio de fase al entrar en contacto con el agua caliente.

EXPERIMENTO Nº 02 DETERMINACION DEL CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN 1. MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS:  50 ml de agua destilada.  7 gr. De granalla de metal zinc.  1 matraz de Enlenmeyer.  Trocitos de vidrio.  1 termómetro.  Calorímetro.  Mechero de bunsen. 2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:   

Verter en el calorímetro exactamente 50 ml de agua destilada a temperatura ambiente. Deje un tiempo prudencial a que se estabilice la temperatura de la masa de agua dentro del calorímetro, Anote su valor. Mientras tanto, llene con agua tibia hasta la mitad del matraz de enlenmeyer y añadir trocitos de vidrio, para evitar una ebullición tumultuosa

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM  







Armar el equipo según el diagrama de la guía. Calentar hasta ebullición el agua del enlenmeyer, hasta que aparezca un franco y continuo desprendimiento de vapor, mida la temperatura de vapor a la salida, anote como t2. Terminar el montaje del equipo, introduciendo el tubo de desprendimiento en el calorímetro de tal forma que se encuentre en el contenido del agua del mismo, agitar suavemente con el termómetro el agua en el calorímetro hasta observar que la temperatura del calorímetro haya subido unos 20 a 25°C respecto a t1. Retirar el tubo de desprendimiento de vapor y anotar la temperatura que haya quedado con tm, en ese momento se debe apagar el mechero para evitar enojosos succionamientos por la falta de presión, el enlenmeyer se enfriara por si solo. Medir el volumen total del líquido que contiene el calorímetro, Luego por diferencia calcule la masa de vapor que se ha añadido.

3. DATOS Y OBSERVACIONES DEL EXPERIMENTO:   

Debido al volumen del agua, esta demoro en vaporizarse. Cuando el agua empezó a ebullir, por el tubo de desfogue empezó a salpicar. La cantidad de vidrio no fue suficiente para evitar una ebullición agresiva.

4. CÁLCULOS Y RESULTADOS: Capacidad calorífica Temperatura del agua : Volumen del agua Temperatura 2 (t2) Volumen 2 : Temperatura media (tm)

: 22cal/g 19,5°C : 80ml : 85°C 3 ml : 38°C

Reemplazando: (CeΔTm)vapor + mLv + (CeΔTm)agua + CcΔT = 0 Lv = 582cal/g | %error | = 7.78% 5. GRÁFICAS, TABLAS O DIBUJOS:

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM

6. CONCLUSIONES:  

IV.

CONCLUSIONES GENERALES DEL INFORME  



V.

Corroboramos con un pequeño margen de error de 7.78% que el calor latente de vaporización es de 540 cal/g. Se comprobó también que poniendo vidrios en el matraz de enlenmeyer, se evito la ebullición enojosa.

En el experimento podemos verificar que el calor latente de fusión del agua es 80 cal/g. En el experimento corroboramos, con un pequeño margen de error que el calor latente de vaporización del agua es de 540 cal/g. El volumen de vapor de agua a la hora de ebullir paso rápidamente al calorímetro.

APLICACIONES A LA ESPECIALIDAD La termodinámica en la geología se puede usar en los diagramas de fases de los minerals, también en metamorfismo, con la regla de las fases :

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM METAMORFISMO Y REGLA DE LAS FASES Geoquímica del metamorfismo  Principios que rigen el equilibrio en sistemas heterogéneos: En las rocas metamórficas las observaciones experimentales de sistemas de silicatos en equilibrio no han progresado tanto como en el caso de las rocas ígneas, debido a que no es sencillo reproducir las condiciones de la naturaleza en el laboratorio. Equilibrio en el ensamblaje de fases de un sistema metamórfico:  

Composición Mineralógica. Tendencia a una asociación mineral dada a formar otra asociación mineral con la misma composición química.

FACIES METAMÓRFICAS: Conjunto de rocas caracterizadas por una asociación mineralógica determinada, dicha asociación implica un conjunto de condiciones (T y P) características de un cierto grado de metamorfismo. Concepto de Facies Mineralógicas de Eskola: Una facie mineralógica comprende todas las rocas que se han originado bajo condiciones de temperatura y presión similar, a una composición química definida y da como resultado el mismo grupo de minerales, independiente de su modo de formación, ya sea por cristalización de un magma, por cristalización a partir de una solución acuosa (cristalización primaria) o por cambio gradual de los minerales (cristalización metamórfica). Debido a que la presencia de diferentes facies representan diferentes campos de T y P, su relación se puede representar en un diagrama utilizando un gráfico de temperatura y presión:

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM

1. Límite metamorfismo-diagénesis 2. Límite metamorfismo-magmatismo (curva del granito y curva del basalto) Magmas de diferente composición cristalizan. 3. Lado izquierdo de la curva de fusión del granito No ocurre fusión de la roca 4. Región entre la curva de fusión del granito y la del basalto región donde ocurre anatexis, que depende de la composición del material rocoso sometido a este proceso y a la presencia o ausencia de volátiles. 5. Campo del metamorfismo, la línea de la izquierda de este campo es el gradiente geotérmico mínimo de la corteza basado en una T = 300 °C a una profundidad de 30 Km. Facie de los esquistos verdes: Epidoto-anfibolita, anfibolita y granulita pueden denominarse facies del metamorfismo regional en orden de incremento del grado de metamorfismo.

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM Facie de la eclogita y los esquistos glaucofanicos: Originados bajo condiciones inusuales de altas presiones y caracterizado por minerales de alta densidad (gránate, piroxenos jadeiticos y lawsonita). Facie de la sanidita: Ejemplificada por los xenolitos, sobre la base de las lavas, en las cuales la temperatura es muy alta produciendo una vitrificación incipiente y el desarrollo de minerales como mulita y sanidina.

Las reacciones que incluyen volátiles, la curvatura de la líneas es mayor a P bajas y luego se hace recta a medida que las presiones se hacen mayores. El volátil mas común es el agua: Forsterita + H2O ===> Serpentina (500 °C) La forsterita reacciona con el agua para dar serpentinita a una T de 500 °C, pero en ausencia de agua la forsterita es estable a temperaturas superiores

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM a los 500 °C. La mineralogía de una roca metamórfica depende no solo de la composición del material original, sino también de la cantidad y de la presión parcial del H2O y otros volátiles. En términos de facies: Es posible distinguir la presencia o ausencia de suficiente agua en el sistema  variación de una misma facie: Facies de los esquistos verdes  El aluminosilicato de Ca común es zoecita o epidoto, pero en grauwacas que han sufrido metamorfismo de bajo grado, los minerales presentes son prenita y zeolitas  Minerales de composición similar a excepción del contenido de agua Facie de la anfibolita y granulita  CaSiO3 (wallastonita), CaCO3 y SiO2  Probablemente estables, la presencia esta controlada por la presión parcial de CO2. De la figura anterior también se deduce: Las curvas de los campos de estabilidad son mas inclinados o de mayor pendiente respecto a la temperatura, esto indica que para las reacciones hay una mayor dependencia con la temperatura que con la presión, existe una notable carencia de reacciones con una fuerte dependencia con la presión para que puedan ser utilizadas como BARÓMETROS GEOLÓGICOS y por lo tanto sean indicadores de la profundidad de cristalización. Los granates ricos en Mg se presentan en rocas que han cristalizado a gran profundidad, como eclogitas, pero las relaciones de equilibrio de estos granates no se conocen bien.

VI.

VII.

RECOMENDACIONES  Mantenerse alejados a la hora que empieza ebullir el agua por el matraz de enmeleyer, ya que empieza a cierta temperatura empieza a salpicar por el tubo de escape.  Siempre usar la indumentaria necesaria en el laboratorio, ya sea guardapolvo mascarillas guantes.  Estar siempre atentos a cualquier eventualidad que puede ocurrir en el laboratorio, ya que constantemente en el desarrollo de este laboratorio vamos a estar reaccionando sustancias un tanto peligrosas.

CUESTIONARIO  ¿Cuáles son los valores experimentales del calor latente de fusión y de vaporización que Ud. obtuvo? Los valores experimentales que se obtuvieron en el laboratorio fueron:

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM



Calor latente fusión : 74.4 cal/g Calor latente de vaporización :582 cal/g

Cuáles son los errores absolutos y relativo del calor latente de fusión y de vaporización que según sus cálculos dio lugar, y cuál es la explicación que da al respecto?

El porcentaje de error del calor de fusión y de vaporización respectivamente es: - | % error |Lf = 7% - | % error |Lv = 7.78%  Porque son plateadas las paredes internas de un termo? Las paredes internas de un termo son plateadas con el objetivo de retener las tres formas de transferencia de calor: - Conducción - Convección - Radiación Estas paredes al ser plateadas, sirven como espejo para reflejar las ondas electromagnéticas, ya que si serian brillantes reflejarían completamente estas radiaciones. 

Porque el hielo debe estar en la temperatura 0°C de equilibrio antes de ser colocado en el calorímetro? Si el hielo se encontrase a un grado menor a 0°C, el calor que se agregue a este, no seria para provocar el cambio de fases si no para hacer llegar esta temperatura a cero grados.



Se calienta un metal (Ce = 0.025 cal/g) a 300°C, y se coloca en un calorímetro que contiene 100 ml de agua tibia a 40°C. mediante que consideraciones se puede determinar. a) La capacidad calorífica del calorímetro. b) La cantidad de agua que se evapora. c) La temperatura de equilibro. Solución:



Si se tiene 40g de hielo en un calorímetro a 0°C en estas condiciones se le añade 40g de vapor a 100°C determinar: a) Capacidad calorífica del calorímetro.

PRIMER LABORATORIO DE QUÍMICA II UNI – FIGMM b) Cantidad de hielo que queda. c) Temperatura de equilibrio. Solución: VIII.

BIBLIOGRAFIA  

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latente http://es.wikipedia.org/wiki/Calorimetr%C3%ADa