• Author / Uploaded
• litioblue

Citation preview

Informe de Laboratorio No 2 Determinación de calor específico y el calor de fusión del hielo

Anderson Stev Pardo Florez Código: 20151181851 Jonathan Yesid Espinosa Blanco Código: 20151181860 Ángel Camilo Pascal Código: 201511818

Docente David A. Rincón Ph.D. en Química

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES INGENIERÍA SANITARIA BOGOTA 2016

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 3 OBJETIVOS ............................................................................................................ 4 MATERIALES Y REACTIVOS................................................................................. 5 MARCO TEORICO.................................................................................................. 6 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL………………………………………………..…8 CONCLUSIONES.................................................................................................. 12 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 13

2

INTRODUCCION

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 *∆T Donde:  m es la masa del líquido  Ce su calor específico  ∆T la variación de temperatura que experimentan.

En la práctica N.-2 de Fisicoquímica se determinó el calor específico de un material sólido y el calor de fusión del hielo, usando como instrumento un calorímetro hecho con un recipiente de icopor, una tapa plástica y un termómetro para medir las temperaturas y una balanza en el que se pesaron cada una de las masas necesarias para aplicar las formulas necesarias de los principios termodinámicos y obtener el calor especifico y el calor de fusión del hielo.

3

OBJETIVOS



Determinar el calor específico de algunos materiales sólidos, usando el calorímetro y agua como sustancia cuyo valor de calor específico es conocido.



Determinar el calor de fusión del hielo, conociendo el calor específico del agua.

4

MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES -Balanza de 0.1g -Vaso de precipitado 50ml -Una pieza del material al que se desea medir el calor específico -Probeta 100ml -Parilla eléctrica -Trozos de hielo -Mechero de Bunsen -vaso de precipitado de 200ml

EQUIPOS Un termo de paredes dobles con vacío entre ellas es en principio un calorímetro aceptable para el rigor de nuestras experiencias. El termo se llama vaso Dewar y lleva el nombre del físico y químico escocés James Dewar pionero en el estudio de las bajas temperaturas. Tiene una tapa aislante y perforada para introducir un termómetro y un agitador .

5

MARCO TEORICO

Calor. El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico. El calor puede ser transferido por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado.

Calor específico:

El calor específico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa para elevar la temperatura un grado Celsio. La relación entre calor y cambio de temperatura, se expresa normalmente en la forma que se muestra abajo, donde c es el calor específico. Esta fórmula no se aplica si se produce un cambio de fase, porque el calor añadido o sustraído durante el cambio de fase no cambia la temperatura.

El calor específico del agua es 1 caloría/gramo °C = 4,186 julios/gramo °C que es más alto que el de cualquier otra sustancia común. Por ello, el agua desempeña un papel muy importante en la regulación de la temperatura. El calor específico por gramo de agua es mucho más alto que el de un metal, como se describe en el ejemplo agua-metal. En la mayoría de los casos es más significativo comparar los calores específicos molares de las sustancias (Nave, 2016)

6

Calor de fusión:

Es la energía necesaria para cambiar 1 gramo de sustancia en estado sólido, ha estado líquido, sin cambiar su temperatura. Esta energía rompe los enlaces de sólidos, y queda una significativa cantidad, asociada con las fuerzas intermoleculares del estado líquido.

7

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Primera fase: Determinación del calor específico del calorímetro.

Mida la masa del vaso interior del calorímetro (Mc) Vierta 20 ml de agua

Espere 1 minuto –mida la temperatura de equilibrio ( T1)

Vierta 30 ml de agua (m2)

Calentada a 70

Cierre el calorímetro

Espere temperatura de equilibrio (1min aprox)

Anote la temperatura de equilibrio (Tf)

Aplique la ecuación

𝐶𝑒 =

−𝐶𝑎 ∗ [ 𝑚2 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇2) − 𝑚1 ∗ ( 𝑇𝑓 − 𝑇1)] 𝑚𝑒 ∗ (𝑡𝑓 − 𝑡1)

8

Segunda Fase:

Determinación calor especifico de un solido

Pese Vaso interior calorímetro (mc)

Masa del material (m3)

Coloque el material en el calorímetro Agregue 20 ml de agua (m1)

Cierre y mida la temp de equilibrio (T1)

Vierta 20 ml de agua (m2) calentada a 70 (T2)

Espere 1 min

Repetir 3 veces Bañe la pieza con agua fría

Coloque el vaso interior del 9 con la calorímetro pieza

Temperatura de equilibrio (Tf)

Calcular 3 valores de cada valor específico

Tercera fase:

Calor latente de fusión del hielo

Mida la masa del vaso interior del calorímetro (m1)

Calentar 150ml de agua hasta 40 -50 grados

Verter en el calorímetro

Mida el peso total

Obtenga masa de agua dentro del calorímetro

Con la masa total

Coloque trozos de hielo en una servilleta

Mida la temp del agua en el calorímetro y mida la masa total

Repetir procedimiento

Con las masas determine la masa de hielo que deposito (m3)

Verifique equilibrio termino (Tf)

10 Agite para fundir el hielo

Calorímetro con tapa, agua, termómetro y hielo

RESULTADOS Y ANALISIS

1. DETERMINACION DEL CALOR ESPECÍFICO DEL CALORIMETRO. DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO

Masa calorímetro mc 9,2286 g 9,2287 g 9,2285 g

Masa de Temperatura de Masa de Temperatura agua m1 equilibrio T1 agua m2 T2 20 g 20 g 20 g

18°C=291,15°K 19°C=292,15°K 17°C=290,15°K

Temperatura de Calor equilibrio Tf especifico del agua (Ca) 70°C=343,15°K 42°C=315,15°K 4,182 J/g.K 70°C=343,15°K 43°C=316,15°K 70°C=343,15°K 41°C=314,15°K

30 g 30 g 30 g

Basados en los datos de la tabla anterior, se determina el calor específico (Cc) del calorímetro, mediante la aplicación de la siguiente ecuación:

𝐶𝑐 =

𝐶𝑎 ∗ [𝑚2 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇2 ) − 𝑚1 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇1 )] 𝑚𝑐 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇1 )

Reemplazando valores en la anterior ecuación:

𝐶𝑐1 =

𝐽 4,182 𝑔. 𝐾 ∗ [30 𝑔 ∗ (315,15°𝐾 − 343,15°𝐾) − 20 𝑔 ∗ (315,15°𝐾 − 291,15°𝐾)] 9,2286 𝑔 ∗ (315,15°𝐾 − 291,15°𝐾) 𝑪𝒄𝟏 = −𝟐𝟒, 𝟕𝟕𝟖

𝐶𝑐2 =

𝐽 4,182 𝑔. 𝐾 ∗ [30 𝑔 ∗ (316,15°𝐾 − 343,15°𝐾) − 20 𝑔 ∗ (316,15°𝐾 − 292,15°𝐾)] 9,2287 𝑔 ∗ (316,15°𝐾 − 292,15°𝐾) 𝑪𝒄𝟐 = −𝟐𝟒, 𝟑𝟎𝟎

𝐶𝑐3 =

𝑱 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒆𝒔𝒑𝒆𝒄𝒊𝒇𝒊𝒄𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝟏 𝒈. 𝑲

𝑱 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒆𝒔𝒑𝒆𝒄𝒊𝒇𝒊𝒄𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝟐 𝒈. 𝑲

𝐽 4,182 𝑔. 𝐾 ∗ [30 𝑔 ∗ (314,15°𝐾 − 343,15°𝐾) − 20 𝑔 ∗ (314,15°𝐾 − 290,15°𝐾)] 9,2285 𝑔 ∗ (314,15°𝐾 − 290,15°𝐾) 𝑪𝒄𝟑 = −𝟐𝟓, 𝟒𝟗𝟎

𝑱 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒆𝒔𝒑𝒆𝒄𝒊𝒇𝒊𝒄𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝟑 𝒈. 𝑲 11

SE DETERMINARON 3 VALORES DE CALOR ESPECIFICO, LOS CUALES SERAN UTILIZADOS PARA PODER DETERMINAR EL CALOR DE FUSION DEL HIELO.

2. DETERMINACION DEL CALOR ESPECÍFICO DEL SOLIDO. Medición 1 2 3

T1 22°C=295,15°K 21°C=294,15°K 22°C=295,15°K

T2 70°C=343,15°K 71°C=344,15°K 70°C=343,15°K

Masa de agua m1 20 g

Tf 40°C=313,15°K 39°C=312,15°K 41°C=314,15°K

Masa de agua m2 30 g

Primera medición Metal= cede calor 𝑄1 = 𝑚1 ∗ 𝐶𝑒 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇1) 𝑄1 = 8.6709 𝑔 ∗ 𝐶𝑒 ∗ (70°𝐶 − 40°𝐶) 𝑄1 = 8.6709 𝑔 ∗ 𝐶𝑒 ∗ 30°𝐶 𝑄1 = 260.127 𝑔. °𝐶 ∗ 𝐶𝑒 𝐸𝐶𝑈𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁 1. Agua=absorbe calor 𝑄2 = 𝑚1 ∗ 𝐶𝑒 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇1) 𝑄2 = 20 𝑔 ∗ 𝐶𝑒 ∗ (40°𝐶 − 22°𝐶) 𝑐𝑎𝑙 𝑄2 = 20 𝑔 ∗ 1 ∗ 18°𝐶 𝑔. °𝐶 𝑄2 = 360 𝑐𝑎𝑙. 𝐸𝐶𝑈𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁 2. Calor absorbido = calor cedido 260.127 𝑔. °𝐶 ∗ 𝐶𝑒 = 360 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒 =

360𝑐𝑎𝑙 260.127 𝑔 °𝐶

𝑪𝒆 = 𝟏. 𝟑𝟖

𝒄𝒂𝒍 𝒈 °𝑪

Segunda medición Metal= cede calor 𝑄1 = 𝑚1 ∗ 𝐶𝑒 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇1) 𝑄1 = 8.6710 𝑔 ∗ 𝐶𝑒 ∗ (71°𝐶 − 39°𝐶) 𝑄1 = 8.6710 𝑔 ∗ 𝐶𝑒 ∗ 32°𝐶 𝑄1 = 277.472 𝑔. °𝐶 ∗ 𝐶𝑒 𝐸𝐶𝑈𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁 1. 12

Masa objeto 8,6709 8,6710 8,6711

Agua=absorbe calor 𝑄2 = 𝑚1 ∗ 𝐶𝑒 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇1) 𝑄2 = 20 𝑔 ∗ 𝐶𝑒 ∗ (39°𝐶 − 21°𝐶) 𝑐𝑎𝑙 𝑄2 = 20 𝑔 ∗ 1 ∗ 18°𝐶 𝑔. °𝐶 𝑄2 = 360 𝑐𝑎𝑙. 𝐸𝐶𝑈𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁 2. Calor absorbido = calor cedido 277.472 𝑔. °𝐶 ∗ 𝐶𝑒 = 360 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒 =

360 𝑐𝑎𝑙 277.472 𝑔 °𝐶

𝑪𝒆 = 𝟏. 𝟐𝟗

𝒄𝒂𝒍 𝒈 °𝑪

Tercera medición Metal= cede calor 𝑄1 = 𝑚1 ∗ 𝐶𝑒 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇1) 𝑄1 = 8.6711 𝑔 ∗ 𝐶𝑒 ∗ (70°𝐶 − 41°𝐶) 𝑄1 = 8.6711 𝑔 ∗ 𝐶𝑒 ∗ 29°𝐶 𝑄1 = 251.4619 𝑔. °𝐶 ∗ 𝐶𝑒 𝐸𝐶𝑈𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁 1. Agua=absorbe calor 𝑄2 = 𝑚1 ∗ 𝐶𝑒 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇1) 𝑄2 = 20 𝑔 ∗ 𝐶𝑒 ∗ (41°𝐶 − 22°𝐶) 𝑐𝑎𝑙 𝑄2 = 20 𝑔 ∗ 1 ∗ 19°𝐶 𝑔. °𝐶 𝑄2 = 380 𝑐𝑎𝑙. 𝐸𝐶𝑈𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁 2. Calor absorbido = calor cedido 251.4619 𝑔. °𝐶 ∗ 𝐶𝑒 = 380 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒 =

380 𝑐𝑎𝑙 251.4619 𝑔 °𝐶

𝑪𝒆 = 𝟏. 𝟓𝟏 MEDICION 1 2 3

𝒄𝒂𝒍 𝒈 °𝑪 Ce= cal/g °C 1.38 1.29 1.51

13

CALOR ESPECIFICO PROMEDIO 

1.393

DESVIACION MEDIA: Se determina con el propósito de medir la dispersión de los datos obtenidos con respecto a la media o promedio:

𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝐷𝑀 = 𝐷𝑀 =

∑ |𝑥𝑖 − 𝑝𝑟𝑜𝑚| 𝑛

|1.38 − 1.393| + |1.29 − 1.393| + |1.51 − 1.393| = 0.078 3 3. CALOR DE FUSION DEL HIELO

Datos obtenidos en laboratorio: MEDICION

M1

M2

M3

T1

Tf

T. hielo

m. calorímetro+agua

1 2 3

5.0258 5.0251 5.0256

162.9702 27.7889 44 162.9761 27.7838 43 162.9634 27.7958 44

28 27 28

0 0 0

167.9960 168.0012 167.9890

m. calorímetro +hielo+agua 195.7849 195.7850 195.7848

Calor especifico de los calorímetros utilizados: MEDICION 1 2 3

𝐿𝑓 =

CALOR ESPECIFICO J/g.K -24.778 -24.300 -25.490

−[𝑚1 ∗ 𝐶𝑐 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇1 ) + 𝑚2 ∗ 𝐶𝑎 ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇1 )] 𝑚3

− [5,0258𝑔 ∗ −24.778 𝐿𝑓1 =

𝐽 𝐽 ∗ (301.15°𝐾 − 317.15°𝐾) + 162,9702𝑔 ∗ 4.182 ∗ (301.15°𝐶 − 317.15°𝐶)] 𝑔. 𝐾 𝑔. 𝐾 0.02779𝑘𝑔

𝑳𝒇𝟏 = 𝟑𝟐𝟎𝟕𝟏𝟏 − [5,0251𝑔 ∗ −24.300 𝐿𝑓2 =

𝑱 𝑲𝒈

𝐽 𝐽 ∗ (300.15°𝐾 − 316.15°𝐾) + 162,9761𝑔 ∗ 4.182 ∗ (300.15°𝐶 − 316.15°𝐶)] 𝑔. 𝐾 𝑔. 𝐾 0.0277838𝑘𝑔

𝑳𝒇𝟐 = 𝟑𝟐𝟐𝟏𝟕𝟕 14

𝑱 𝑲𝒈

− [5,0256𝑔 ∗ −25.490 𝐿𝑓3 =

𝐽 𝐽 ∗ (301.15°𝐾 − 317.15°𝐾) + 162,9634𝑔 ∗ 4.182 ∗ (301.15°𝐶 − 317.15°𝐶)] 𝑔. 𝐾 𝑔. 𝐾 0.0277958𝑘𝑔

𝑳𝒇𝟑 = 𝟑𝟏𝟖𝟓𝟔𝟎

𝑱 𝑲𝒈

MEDICION 1 2 3 CALOR ESPECIFICO PROMEDIO



Lf= J/Kg

𝟑𝟐𝟎𝟕𝟏𝟏 𝟑𝟐𝟐𝟏𝟕𝟕 𝟑𝟏𝟖𝟓𝟔𝟎 𝟑𝟐𝟎𝟒𝟖𝟑

Error porcentual: %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =

𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 ∗ 100 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 1 =

334000 − 320711 ∗ 100 320711

%𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓 𝟏 = 𝟒% %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 2 =

334000 − 322177 ∗ 100 322177

%𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓 𝟐 = 𝟑, 𝟔𝟕% %𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 3 =

334000 − 318560 ∗ 100 318560

%𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓 𝟑 = 𝟒, 𝟖𝟓%

15

CONCLUSIONES



La ecuación calorimétrica sirve para determinar cantidades de calor si se conoce la masa del cuerpo, su calor específico y la diferencia de temperatura, pero además permite definir la Caloría y los Joules como unidades de calor.



Se pudo comprobar el equilibrio térmico que se produce por la transferencia de calor de un cuerpo a otro hasta que el sistema equilibra la temperatura.



16

BIBLIOGRAFIA

Bibliografía Nave, O. (23 de 04 de 2016). Calor específico. Obtenido de hyperphysics Giorgia State University: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/

17