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MEDICIONES TERMOQUÍMICAS Huayta Loroña Brian Edwar*1 Pezo Paredes Joel Emanuel

RESUMEN El articulo presente sobre mediciones termoquímicas, con finalidad de determinar la capacidad calorífica de un calorímetro y el calor especifico de un metal. Para ello en primer lugar se determino la capacidad calorífica de un calorímetro, mediante un método que consta de tomar la temperatura de un cierta cantidad de agua (180mL H2O a 20,5 °C), mezclando con otro volumen de agua (50mL H2O a 8 °C), y utilizando el concepto de “la cantidad de calor que gana el agua helada H2O es igual ala cantidad de calor perdida por el calorímetro y el agua a temperatura ambiente” con ello se calculo la capacidad calorífica experimental del calorímetro igual a 20 cal/K Luego se determino el calor especifico del zinc, calentando 25g del metal en un tubo de ensayo sumergido en un vaso con agua (H2O) asta una temperatura de 96 °C, previamente en al calorímetro se le adicionado 172mL d H2O a 21 °C, agregando el metal al calorímetro y mediante el concepto de “El calor que pierde el metal es igual al calor que gana el agua y el aparato calorímetro ”, tomando la temperatura de equilibro del sistema , utilizando la capacidad calorífica del calorímetro ya obtenido se logra obtener el calor especifico experimentalmente del zinc igual a 0,101 cal/gK.

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Universidad Nacional de Ingeniería, Avenida Túpac Amaru 210,Lima,PE-LIMA025. [email protected]

Nuestro resultado experimental del calor específico del zinc se aproxima mucho al valor real que es 0,093 cal/gK. Logrando así determinar experimentalmente la capacidad calorífica de un calorímetro y el calor especifico de un metal en este caso el zinc. Palabras clave: calorímetro, capacidad calorífica, calor específico.

THERMOCHEMICAL MEASUREMENTS The present article on thermochemical measurements, with purpose to determine the heat capacity of a calorimeter and the specific heat of a metal. For this we first determined the heat capacity of a calorimeter, a method comprising taking the temperature of a certain amount of water (180ml H2O to 20,5 ° C), mixing with another volume of water (50mL H2O to 8 ° C), and using the concept of "the amount of heat that wins the H2O ice water wing is equal amount of heat lost by the calorimeter and water at room temperature" thereby calculate the heat capacity of the calorimeter experimental equal to 20 cal / K then determine the specific heat of the zinc, heating of the metal 25g in a test tube immersed in a glass of water (H2O) till a temperature of 96 ° C earlier in the calorimeter was added 172mL H2O d at 21 ° C, adding the metal to the calorimeter and through the concept of "the metal heat lost equals heat gain water and calorimeter apparatus", taking the equilibrium temperature of the system, using the heat capacity of the calorimeter is obtained as achieved experimentally obtain the specific heat of zinc equal to 0,101 cal / gK. Our experimental results of the specific heat of zinc is very close to actual value is 0,093 cal / gK. Thus achieving experimentally determine the heat capacity of the calorimeter and a specific heat in this case the metal zinc. Keywords: calorimetry, heat capacity, specific heat.

INTRODUCCIÓN Entalpia: Para medir el calor absorbido o liberado por un sistema durante un proceso a presión constante, los químicos utilizan una propiedad llamada entalpia. La entalpia es una propiedad extensiva. Es imposible determinar la entalpia de una sustancia, y lo k se mide en realidad es el cambio de entalpia ΔH (1) Capacidad calorífica: la capacidad calorífica de un sistema cerrado en un proceso infinitesimal se define como Cpr=Qpr/ΔT donde Qpr y ΔT son el calor transferido al sistema y la variación de temperatura del mismo durante el proceso. El subíndice de C indica que la capacidad calorífica depende de la naturaleza del proceso. En un proceso a presión constante tenemos que Cp=Qp/ΔT. (2) Capacidad calorífica específico (c o Ce): el adjetivo específico quiere decir “dividido por la masa”. En sistemas de una sola fase de masa “m” la capacidad calorífica especifica es cp=Cp/m. (3) Medición calorimétrica: describiremos una situación idealizada para ilustrar los métodos involucrados para los cálculos diremos que el recipiente que contiene el sistema esta perfectamente aislado, de manera que no hay flujo de calor desde o hacia el sistema desde el exterior. A presión constante, la primera ley para cualquier transformación en el calorímetro es ΔH=Qp=0 (4)

Calculo del calor Q: Q=Ce×m×ΔT Ce: calor especifico m: masa ΔT: variación de temperatura C: capacidad calorífica del calorímetro Por conservación de la energía Q solido+ Q agua+ Q calorímetro=0

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PARTE EXPERIMENTAL Determinación de la capacidad calorífica del aparato calorímetro Prepare un aparato calorímetro adaptando un recipiente de paredes de vidrio doble, colocándolo en una caja de tecnopor (poli estireno). También tendrá una tapa de corcho. Determine el volumen de su calorímetro; para ello llénelo de agua al tope y luego tápelo. Cuidadosamente destape y vierta su contenido en una probeta de 250mL. Si su calorímetro es de 250mL coloque 200mL de agua, agite suavemente y lea la temperatura de equilibrio. Agregue 50mL de agua helada (menor a 8 °C) y registre la temperatura cada 10 segundos, hasta una temperatura constante. Si el calorímetro tiene otro volumen trabaje con cantidades proporcionales al ejemplo.

Determinación de la capacidad calorífica especifica de un metal Llene en su calorímetro las tres cuartas partes de su volumen con agua, anote el volumen y lea la temperatura de equilibrio. Pese 25g del metal y colóquelo en un tubo de ensayo de 18×150mm Caliente el metal que esta en el tubo de ensayo en un vaso con agua hirviendo. Espere que el metal alcance el equilibrio térmico (95-100 °C) Saque, con cuidado, el tubo del agua hirviendo y agregue cuidadosamente el solido al calorímetro. Con un agitador mueva continuamente el agua y el solido para que el calor se distribuya por el agua. Mida la temperatura de equilibrio. La temperatura de equilibrio será la temperatura final del agua y también del solido.

RESULTADOS Y DISCUSION La realización del experimento 1 nos permitió obtener la capacidad calorífica del aparato calorimétrico dado que este cedió al igual que el agua a temperatura ambiente calor al agua helada. Hallada ya la capacidad calorífica nos es útil para poder encontrar el calor específico del zinc dado que es este ahora el que cede calor al agua que se encuentra a temperatura ambiente. Resultados obtenidos del primer experimento En la figura 1 se presenta la temperatura frente al tiempo, para un calorímetro con 230 ml y agua con un volumen de 180 ml.

Figura 1. Variación de la temperatura frente al tiempo durante intervalos de 10 segundos hasta alcanzar una temperatura constante.

En la figura 2 se presenta los datos que son necesarios para hallar la capacidad calorífica al igual que la temperatura de equilibrio. V.calorimetro=230 ml

V.agua = 180 ml

T ºCcalorimetro= 20,5

T ºCagua helada=8

Figura 2. Datos obtenidos después de la medición. En la figura 3 se presenta los resultados finales después de usar los datos expuestos en la tabla anterior. T ºCequilibrio= 18

Cap. calorífica= 20 cal

Figura 3. Estos resultados serán útiles para el siguiente experimento. Resultados obtenidos del segundo experimento. En la figura 4 se presenta la temperatura frente al tiempo donde el zinc cede calor al agua alojado en el calorímetro.

Figura 4. Variacion de la temperatura con al tiempo durante intervalos de 10 segundos.

En la figura 5 se presenta los datos que son necesarios para hallar el calor específico del zinc. Vcalorimetro=172,5 ml

T ºCcalorimetro= 21

Masa de zinc=25,02 g

T ºCsolido= 96,5

Figura 5. Datos obtenidos después de la medición. En la figura 6 se presenta los resultados finales después de usar los datos expuestos en la tabla anterior. Calor especifico = 0,101

J/gºC

Figura 6. Este resultado lo compararemos con el calor específico del zinc. Según lo establecido ese deber ser 0,09 J/gºC

Tomando en cuenta lo anunciado en líneas anteriores estos experimentos realizados tienen sustento debido a que es un sistema cerrado, es decir, no intercambian materia con los alrededores pero el calorímetro vendría a ser una frontera rígida y además intercambia energía con los alrededores este es el caso de la masa de aire que queda en el calorímetro el cual influye calor al sistema. Esto ocasiona que siempre va a existir un porcentaje de error.

Entonces procedemos a calcular el porcentaje de error. % de errorcalor especifico = (0,101 – 0,09) x100 / 0,09 = 12,2 %

CONCLUSIONES Tomando como base las leyes de la termodinámica a través de simples experimentos se puede obtener la capacidad calorífica de un calorímetro y este será utilizado posteriormente para hallar el calor específico de un metal lo cual es independiente ya que es una propiedad intensiva. El calor cedido por el aire dentro del calorímetro interviene al momento de desarrollar el cálculo y eso ocasiona un margen de error. El intervalo de medición de la temperatura tiene una ligera influencia porque interactúa un cierto tiempo lo que genera que el ambiente también influya.

REFERENCIAS [1] Raymond Chang, Williams College – Química séptima edición

Cap. 6

Termoquimica-6.3 Entalpia [2] Ira N. Levine-Fisicoquimica quinta edición Vol. 1 [3] Ira N. Levine-Fisicoquimica quinta edición Vol. 1 [4] Gilbert W. Castellán/ University of Maryland Fisicoquímica segunda edición Cap. 7 Energía y la primera ley de la termodinámica; termoquímica. Mediciones calorimétricas. [5] Sayán, Rosa; Deza, Elizabeth; La Rosa Toro, Adolfo. Manual de Laboratorio de Química segunda edición, Perú: Facultad de Ciencias de la Universidad de Ingeniería 2006