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Academia de Qumica
Laboratorio de Qumica AplicadaAcademia de Qumica
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Laboratorio de Qumica Aplicada
PRCTICA No. 2CAPACIDAD CALORFICA DE LOS SLIDOS1. OBJETIVO:
Determinar mediante el balance de energa la constante del
calormetro y la Capacidad Calorfica de un slido.2.
GENERALIDADES:
La ecuacin ajustada de una reaccin qumica, indica el nmero de
moles de reactantes y de productos que intervienen en ella, pero no
es todo lo que se necesita para un conocimiento completo de la
misma; puesto que se requiere energa para romper los enlaces entre
tomos en las molculas o iones de los reactantes y sta se desprende
cuando se forman otros enlaces en los productos, por lo tanto, como
se puede determinar la cantidad de energa que se absorber o
desprender hacia los alrededores cuando se produce la reaccin ?. El
estudio termodinmico aclara las reacciones energticas.Una reaccin
dada es exotrmica s, cuando se desarrolla a temperatura constante
se desprende calor desde el sistema formado por la mezcla
reaccionante hacia los alrededores, y endotrmica si se absorbe
calor en condiciones anlogas. Si el agua se deja evaporar
espontneamente, su temperatura desciende; sin embargo, si el
proceso se realiza en un termostato se absorber calor del mismo
cuando tenga lugar la evaporacin. Para representar el calor
absorbido por el sistema durante un proceso, se emplear el smbolo q
. El calor absorbido o desprendido en una reaccin qumica, se
determina en el laboratorio mediante un instrumento llamado
calormetro. Generalmente consiste en un recipiente esfrico de acero
sumergido en una cantidad constante de agua en el que el proceso
tiene lugar, las paredes del bao estn aisladas trmicamente de forma
que no haya intercambio de calor con los alrededores. La reaccin
que se lleva a cabo en tales condiciones se dice que se desarrolla
adiabticamente. Si la reaccin es exotrmica, la energa desprendida
no puede escapar del sistema y aparece como un incremento en la
energa cintica de sus molculas. A partir del uso del calormetro
para medir calores de reaccin de una sustancia, se determina la
capacidad calorfica de dicha sustancia C, esta representa el nmero
de caloras que se absorben cuando la temperatura del calormetro
aumenta 1.00 C.C = q / TLa capacidad calorfica de algunos slidos se
puede determinar midiendo el mximo de calor transferido desde un
peso conocido del metal a un peso conocido de agua. En perfectas
condiciones la prdida de calor del metal igualara exactamente la
ganancia en calor del agua. Se pueden obtener condiciones casi
perfectas a alto costo y con mucha complejidad en instalaciones muy
bien ideadas y construidas que se conocen como calormetros. Para
fines experimentales, en ocasiones es suficiente la utilizacin de
un vaso de precipitados o como es el caso, un vaso de unicel como
calormetro. Como este calormetro es burdo, se perder mucho calor en
el ambiente; esta prdida de calor se puede medir y se ha de tener
en cuenta como factor de correccin en los clculos finales de la
capacidad calorfica de los slidos.La perdida de calor en el
ambiente siempre que hay un cambio de temperatura de 1.00 C en el
calormetro, se llama constante del calormetro K y tiene por
unidades caloras / grado.3. MATERIAL Y EQUIPO:
1 Tripi,1 Rejilla de asbesto,2 Mechero,1 Bao Mara,1 Termmetro,1
Balanza granataria,1 Agitador de vidrio,1 Pinzas para vaso de
precipitado,1 Vaso de precipitados de 500 ml.1 Vaso de precipitados
de 250 ml.1 Vaso grande de unicel con tapa de 500 ml. APORTE DEL
ALUMNOSlidos como: postas de plomo, perdigones de nquel, cobre y
zinc, chinche de fierro o cuentas de vidrio. REACTIVOS:
VOS:
Agua 5. PROCEDIMIENTO:
PRIMERA PARTE: PARA DETERMINAR LA CONSTANTE DEL CALORIMETRO ( K
).1. Pese 200 g. de agua en el vaso de unicel que emplear como
CALORMETRO en el resto de este experimento; agite, tome la
temperatura del agua y regstrela (Ti ). 2. Pese 200 g. de agua en
el vaso de vidrio de 500 ml. Tome la temperatura del agua y
calintela lentamente, hasta aproximadamente 15 grados, sobre la
temperatura inicial registrada, Agite el agua con el agitador de
vidrio para que el calentamiento sea uniforme (con cuidado de no
golpear el termmetro). Apague y retire el mechero, siga agitando
hasta alcanzar aproximadamente la temperatura predeterminada (agua
a temperatura ambiente + 15 ) y regstrela al permanecer constante
(T i ). 3. Vierta el agua caliente contenida en el vaso de vidrio
en elCALORMETRO, tape rpidamente, agite y registre la temperatura
(Tf ) cuando sta permanezca constante.
SEGUNDA PARTE:
PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD CALORFICA DEL SLIDO:4. Pese 100 g.
de agua en el vaso CALORMETRO, tome su temperatura y regstrela
(Ti.).5. Pese 200 g. de postas (Pb), en un vaso de vidrio de 500
ml.6. Caliente las postas en bao mara durante 10 minutos, mida
cuidadosamente su temperatura (T i ) y regstrela. Tenga cuidado al
usar el termmetro. 7. Vierta inmediatamente y con cuidado las
postas calientes en el calormetro, agite, observe la elevacin de la
temperatura hasta que esta permanezca constante y registre este
valor.6. DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO:
1 Parte: Para determinar la constante ( K ) del
calormetro.Calormetro2 Vaso
m H2 O = m H2 O =
Ti.=T i =
T f = T f =
2 Parte: Para determinar la capacidad calorfica del
slido.Calormetro2 Vaso
m H2 O = m postas (Pb) =
Ti. =T i =
T f =T f =
7. CALCULOS EFECTUADOS H OPrimera parte: Clculo de la constante
K del calormetro. Para calcular tanto el calor ganado como el calor
perdido del agua, se ha de suponer que la capacidad calorfica del
agua para ste y todos los restantes clculos, es de 1.00 cal / g
grado.Mediante un balance de energa, se determina la constante del
CALORMETRO ( K ), en donde el calor ganado por el agua en el
calormetro es igual al perdido por el agua del vaso de vidrio. q H2
O ganado = q H2 O perdido Utilizando la ecuacin general para
determinar el calor ganado o perdido por el agua: q H2 O = m H2 O C
H2 O ( T ) H2 Oq H2 O = Calor ganado o perdido del agua
(caloras).
m H2 O = Cantidad de agua (gramos).
C H2 O = Capacidad calorfica del agua (cal / g grado). T H2 O =
Variacin de temperatura del agua ( grados). q ganado = [q H2 O
calormetro] + [q calormetro ] q ganado H2 O = [ m H2 O C H2 O (Tf
-Tii ) H2 O calormetro ] + [ (K calormetro ) (Tf - Tii )calormetro
] q perdido = (m H2 O ) (C H2 O) ( Tf - Ti )2o vasoNOTA. q perdido
siempre ser negativo, debido a que Tf es menor a Ti K CALORMETRO =
( calor perdido por el agua en el segundo vaso ) - ( calor ganado
por el agua en el calormetro
aumento de la temperatura del agua en el calormetro Despejando:
K calormetro = ( qH2 O perdido ) - ( q ganado H2 O calormetro ) (Tf
- Ti) calormetro2 Parte, Clculo de la capacidad calorfica (C) del
plomo (Pb):Nuevamente se hace un balance de calor: q ganado = q
perdidoDeterminar el calor perdido por las postas de plomo.
q perdido por las postas = (m Pb) (C Pb) ( Tf - Ti ) Pb
q ganado = [ q H2 O calormetro ] + [ q calormetro ] q H O
calormetro = [ mH2 O C H O (Tf - Tii )calormetro ] q calormetro = [
( K calormetro ) (Tf - Tii ) calormetro ]Sustituyendo en el balance
de calor:[m H2 O C H2 O (Tf - Tii)calormetro] + [(Kcalormetro)(Tf -
Ti)calormetro ] = [(m Pb)(CPb) (Tf - Ti) Pb] Calcule la capacidad
calorfica de las postas despejando CPb :
CPb = [ q H2 O calormetro ] + [q calormetro ] [(m Pb) (Tf - Ti)
Pb]A la capacidad calorfica de una sustancia con relacin a la del
agua se llama, calor especfico de esa sustancia.Debido a que se ha
considerado la capacidad calorfica del agua como de1.00 cal / g
grado, el calor especfico de las postas es el valor numrico de la
capacidad calorfica calculada. Consulte el calor especfico de las
postas y calcule el tanto por ciento de error del valor obtenido
experimentalmente.8. RESULTADOS OBTENIDOS:
PRIMERA PARTE.
1.- Calor ganado por el agua en el calormetro:
2. Calor perdido por el agua del segundo vaso:
3. Constante del calormetro:
SEGUNDA PARTE
4.- Calor ganado por el agua en el calormetro:
5.- Calor ganado por el calormetro:
6.- Capacidad calorfica del plomo:
7.- % de error entre C experimental y C de tablas
CUESTIONARIO:1. Defina que es capacidad calorfica.Cantidad de
calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de cualquier
material un grado Celsius.2. Dnde se supone que sta operando la Ley
de la Conservacin de la energa en esta investigacin?Al momento de
que al ser un sistema cerrado evita que se pierda la energa cintica
de los compuestos y sustancias dentro de el, por lo que el
termmetro registra una temperatura igual en todo momento de la
prueba. 3. Qu es un proceso adiabtico?Proceso en el que el calor ni
entra en la sustancia ni sale de ella.En termodinmica se designa
como proceso adiabtico a aqul en el cual el sistema (generalmente,
un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su
entorno.El trmino adiabtico hace referencia a elementos que impiden
la transferencia de calor con el entorno4. Qu significa el valor
obtenido de la constante del Calormetro? Dispositivo cuyas paredes
estn hechas de materiales aislantes trmicos Se usa para estudiar
mezclas calorficas y para conservar sustancias a temperatura
constante
5. Qu informacin obtiene de la capacidad calorfica del slido
(postas de plomo)?. Aqu determinamos que la capacidad calorfica de
las postas de plomo es buena ya que se pierde muy poca energa con
su entorno, es decir el agua y la absorbe de forma rpida de su
entorno, es decir cuando se calent.
OBSERVACIONES:
CONCLUSIONES:
BIBLIOGRAFIAS:
Forme una lista con los libros consultados.
Modelado, Simulacin y Optimizacin de Procesos Qumicos
PRINCIPIOS BASICOS Y CALCULOS EN INGENIERIA QUIMICA - DAVID
HIMMELBLAU
Qumica general Christen, Hans Rudolf
Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica
Unidad Culhuacn