290538194 Laboratorio de Fisicoquimica 4 (1)

Universidad

Universidad Mayor

Mayor de

de San

San Simón

Simón

Facultad de

Facultad de Ciencias y Tec

Ciencias y Tecnología

nología

Departamento

Departamento de

de Química

Química

Ingeniería

Ingeniería Industrial

Industrial

Autora:

Autora:

Quiroga Rodríguez Alexandra

Quiroga Rodríguez Alexandra

Docente:

Docente:

Ing. Lopez

Ing. Lopez Arze

Arze Javier Bernardo

Javier Bernardo

Auiliar:

Auiliar:

 Hoffmann Armin

 Hoffmann Armin

Asignatura:

Asignatura:

 Laboratorio de Fisio!uímia

 Laboratorio de Fisio!uímia

!rupo:

!rupo:

Jueves

Jueves "#$%%

"#$%% a

a "&$"'

"&$"'

Fec"a:

Fec"a:

(

( de Abril

de Abril del

del #%%)

#%%)

Coc"a#am#a $ %olivia

Coc"a#am#a $ %olivia

*r+tia , &

Calorimetría

I-R/0122I3-4n físia5 el alor es una forma de energía asoiada al movimiento de los +tomos5 mol6ulas 7 otras partíulas !ue forman la materia. 4l alor puede ser generado por reaiones !uímias 8omo en la ombusti9n:5 nuleares 8omo en la fusi9n nulear de los +tomos de  ;idr9geno !ue tienen lugar en el interior del <ol:5 disipai9n eletromagn6tia 8omo en los ;ornos de miroondas: o por disipai9n me+nia 8frii9n:. <u onepto est+ ligado al *rinipio 2ero de la ermodin+mia5   seg=n el ual dos uerpos en ontato interambian energía ;asta !ue su temperatura se e!uilibre. 4l alor puede ser transferido entre ob>etos por  diferentes meanismos5 entre los !ue abe rese?ar la radiai9n5 la ondui9n 7 la onvei9n5 aun!ue en la ma7oría de los proesos reales todos los meanismos anteriores se enuentran presentes en ma7or o menor  grado.

4l alor !ue puede interambiar un uerpo on su entorno depende del tipo de transformai9n !ue se efet=e sobre ese uerpo 7 por tanto depende del amino. Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. 4l alor es

la transferenia de parte de di;a energía interna 8energía t6rmia: de un sistema a otro5 on la ondii9n de !ue est6n a diferente temperatura. 4l ientífio eso6s Lord 4@an 0.gregor desubri9 en "%' la onstante del alor espeífio en la euai9n de Q C m  8"alDgE: delta tE lo ual explia la utiliza on la esala gregor  desubierta en "%& por su esposa Lad7 4mil7 gregor 8 %E2 son &'"Em 7 "%% E son &.'" Em:

".". /BJ4I/<

"."."./BJ4I/ G4-4RAL

".".#./BJ4I/< 4<*42FI2/<

∗

edir omo va disminu7endo la temperatura a medida !ue pasa el tiempo

∗

Grafiar la relai9n de temperatura del alorímetro en funi9n del tiempo

∗

Realizar el balane alorífio par el aso de agua aliente on fría 7 de agua fría on el metal aliente

".#.".2alorimetría

2ienia !ue mide la antidad de energía generada en proesos de interambio de alor . 4l alorímetro es el instrumento !ue mide di;a energía. 4l tipo de alorímetro de uso m+s extendido onsiste en un envase errado 7 perfetamente aislado on agua5 un dispositivo para agitar 7 un term9metro. <e oloa una fuente de alor en el alorímetro5 se agita el agua ;asta lograr el e!uilibrio5 7 el aumento de temperatura se omprueba on el term9metro. <i se onoe la apaidad alorífia del alorímetro 8!ue tambi6n puede medirse utilizando una fuente orriente de alor:5 la antidad de energía liberada puede alularse f+ilmente. 2uando la fuente de alor es un ob>eto aliente de temperatura onoida5 el alor espeífio 7 el alor latente pueden ir midi6ndose seg=n se va enfriando el ob>eto. 4l alor latente5 !ue no est+ relaionado on un ambio de temperatura5 es la energía t6rmia desprendida o absorbida por una sustania al ambiar de un estado a otro5 omo en el aso de lí!uido a s9lido o vieversa. 2uando la fuente de alor es una reai9n !uímia5 omo suede al !uemar un ombustible5 las sustanias reativas se oloan en un envase de aero pesado llamado bomba. 4sta bomba se introdue en el alorímetro 7 la reai9n se provoa por ignii9n5 on a7uda de una ;ispa el6tria.

".#.#. 2alorímetro

1n alorímetro es un aparato usado para medir la antidad de alor !ue ;a sido transferida en un proeso determinado. <u dise?o varía desde aparatos b+sios a mu7 el aborados. B+siamente5 para la onstrui9n de un alorímetro se neesitan tres osas$

∗ 1n reipiente de un material onoido !ue absorba alor efiientemente. ∗ 1n medidor de temperatura 8term9metro:

∗ 1n material para aislar t6rmiamente el reipiente de su entorno 8atmosfera ambiente: 7 así evitar interambio de alor 8reipiente  entorno o entorn o  reipiente:.

2alorímetros bien adaptados inlu7en agitadores para asegurar temperatura onstante en todo el sistema5 term9metros de alta preisi9n 8 %.":5 material aislante t6rmio altamente efetivo 7 un ontenedor. 4n esta pr+tia usaremos e!uipamiento senillo !ue onlleva a un margen de error en los experimentos5 pero !ue servir+ para ilustrar los prinipios de alorimetría involurados.

*ara iniiar una medida alorim6tria5 es neesario al ibrar el alorímetro5 es deir5 determinar exatamente la antidad de alor adiionado !ue provoa un determinado aumento de su temperatura.

1sualmente se usa agua omo medio !ue transfiere el alor 7a !ue es barata5 f+il de traba>ar 7 tiene alor espeífio onoido desde ;ae un tiempo.

".#.(.2onstante de enfriamiento de un alorímetro

Los +idos5 las bases fuertes 7 sus sales pueden onsiderarse ompletamente disoiados en soluiones diluidas. 4l alor liberado uando se neutraliza un +ido fuerte on una base fuerte se onsidera debido a la reai9n anterior.

*ara +idos 7 bases d6biles el alor de neutralizai9n es menor debido a !ue parte de la energía se absorbe en la disoiai9n de estos +idos 7 bases.

Cuando un líquido contenido en un calorímetro recibe calor (energía) la absorbe, pero también la absorben las paredes del calorímetro. Lo mismo sucede cuando pierde energía. Esta intervención del calorímetro en el proceso se representa por su equivalente en agua: su presencia equivale a añadir al lí!uido !ue ontiene los gramos de agua !ue asignamos a la influenia del alorímetro 7 !ue llamamos Ke!uivalente en aguaK. 4l Ke!uivalente en aguaK viene a ser Kla antidad de agua !ue absorbe o desprende el mismo alor !ue el alorímetroK.

".#.'.*roesos endot6rmios 7 exot6rmios

4n funi9n del alor !ue interambien en el medio5 los proesos se pueden lasifiar omo exot6rmios 7 endot6rmios. 4n el aso !ue nos oupa5 l os proesos son las reaiones !uímias5 7 lo !ue nos indiar+ si la reai9n ;abr+ perdido o ganado energía es la entalpía de la reai9n.

• &ot'rmicas$ 0esprenden alor ;aia el entorno5 es de ir5 pierden calor $q p %5 7 .

• &ndot'rmicas$ Absorben alor del entorno5 es deir ganan alor$q pM %5 7 .

4n relai9n on la energía libre de Gibbs5 la variai9n de entalpía de reai9n gobierna tambi6n5 >unto a la entropía 7 la temperatura5 la espontaneidad o in espontaneidad de una reai9n.

".#.N.2alor espeífio

4n la vida otidiana se puede observar !ue5 si se le entrega alor a dos uerpos de la misma masa 7 la misma temperatura iniial5 la temperatura final ser+ distinta. 4ste fator !ue es araterístio de ada sistema5 depende de la naturaleza del uerpo5 se llama alor espeífio5 denotado por  7 se define omo la antidad de alor !ue se le debe entregar a " gramo de sustania para aumentar su temperatura en " grado 2elsius. atem+tiamente5 la definii9n de alor espeífio se expresa omo$

Las unidades de alor espeífio son$

OP C OP C

0e esta forma5 7 reordando la definii9n de aloría5 se tiene !ue el alor espeífio del agua es aproximadamente$

C "5%%%

4l alor de ombusti9n de una sustania es la antidad de alor !ue se libera en la ombusti9n ompleta de un gramo o de una mole de las sustania en su estado normal a #'2 7 " atm9sfera de presi9n5 omenzando 7 terminando la ombusti9n a la temperatura de #'2.

4l alor normal de ombusti9n depende del grado de oxidai9n alanzado por la sustania5 menos !ue se espeifi!ue otra osa5 un valor de alor n ormal de ombusti9n orresponde a la oxidai9n ompleta de todo el arbono a di9xido de arbono 7 de todo el ;idr9geno a agua lí!uida o vapor. 2uando ;a7 presentes otros

elementos oxidables5 es neesario espeifiar el grado de oxidai9n de ada uno de ellos para asignar un alor de ombusti9n si ;a7 azufre presente5 su forma final puede </# </( o sus +idos orrespondientes.

La ombusti9n se define omo la reai9n !ue ourre entre un elemento o ompuesto 8/rg+nio o inorg+nio: 7 el oxígeno5 para formar iertos produtos espeifiados de ombusti9n 8para elementos org+nios formados por  ;idr9geno5 arbono 7 oxígeno5 los produtos son vapor de agua 7 di9xido de arbono:. ener datos de alor de ombusti9n5 puede a7udarnos a obtener alores de formai9n 7 alores d e reai9n. *or e>emplo5 si se tiene la reai9n$

S se desea tener el 5 teniendo omo =nios datos$ 7 5 se podría$

Las reaiones de ombusti9n son mu7 importantes en el +mbito de la ingeniería !uímia dado !ue el desprendimiento energ6tio puede ser usado en la i ndustria omo es el aso de las alderas 8entre otras:.

".#.).2alor de neutralizai9n de +idos 7 bases

4s el alor produido en la reai9n de neutralizai9n de un mol de +ido5 en solui9n auosa5 por un mol de una base tambi6n en solui9n. 4ste efeto t6rmio tampoo es onstante para un mismo par +idoTbase5 sino !ue depende de la onentrai9n 7 s9lo toma un valor sensiblemente igual uando se opera on disoluiones diluidas.

2uando se trata de una reai9n de bases fuertes 8-a/H5 U/H...: on +idos fuertes 8H2l5 H-/(: el alor de

reai9n es independiente de la naturaleza de di;os omponentes5 7a !ue5 al ;allarse tanto 6stos omo las sales formadas disoiados5 la reai9n !ue tiene lugar es.

()* _{+ )}+ _{, )}

-(VHo#) C T'5# WJXmolT"

4n el aso de la neutralizai9n de un +ido o base d6bil 82H(T2//H5 -H&/H5...: el alor de reai9n5 a presi9n

onstante5 puede ser algo menor a ausa de la absori9n de alor !ue tiene lugar en el proeso de disoiai9n del +ido o base d6biles. La neutralizai9n en este aso puede onsiderarse omo el resultado de los pasos onseutivos$

HA8a!: TM H

Y

_{8a!: Y A}

T

_8a!:

H

Y

_{8a!: Y /H}

T

_{8a!: TMH}

#

/ 8a!:

HA8a!: Y /H

T

_{8a!: TM H}

#

/8a!: YA

T

8a!:

".(. A4RIAL4< S R4A2I/<

4stufa el6tria

Balanza digital

2alorímetro

erm9metros

*a?os

metal

*R42A12I3-

$ 0ebido a !ue en este experimento traba>aremos on ;ornillas 7 agua aliente ;a7 !ue tener uidado de no !uemarnos

".&. *R/240II4-/

Determinación de la constante de

en.riamiento de un calorímetro /

*reparar el alorímetro 8termo: para el experimento

Haer alentar en un vaso de preipitado #'%ml de agua destilada ;asta aprox (%E2

Introduir el agua aliente al alorímetro

edir las temperaturas ada # minutos durante #% minutos

edir la temperatura del ambiente

apar r+pidamente on el tap9n de plastoformo 7 medir la temperatura iniial

on el term9metro de preisi9n

Introduir estos datos en la tabla "

2on los datos de tiempo5 temperatura 7 la euai9n !ue los relaiona ;allar la onstante

de enfriamiento para ada Zt

Grafiar las temperaturas en funi9n del tiempo

-/A$

 Los tres proedimientos mostrados a

ontinuai9n est+n relaionados uno on el otro 7

es neesario !ue se los lleve a abo en ese orden

".'. 0IAGRAA

Determinación del e0uivalente en

agua del calorímetro 1

Haer alentar agua 8 '% ml: ;asta unos '% E2 edir la temperatura de "'%ml de agua fría Introduir el agua aliente 7 la fría al alorímetro

u7 r+pidamente on a7uda del ron9metro el tiempo !ue tarda en llegar al e!uilibrio

apar r+pidamente on el tap9n de plastoformo

2alular la temperatura final real utilizando la onstante de enfriamiento de nuestro

alorímetro

edir la temperatura del agua aliente antes de introduir  4l e!uilibrio va referido al ;e;o de

!ue la temperatura 7a no desiende

2on los datos obtenidos 7 el balane alorífio determinar el e!uivalente en agua del

alorímetro

-o olvidar !ue el balane alorífio es

alor edido Y alor ganado C %

Determinación del calor especí.ico

de un metal

Haer alentar el metal en agua en punto de ebullii9n

edir la temperatura del agua fría Introduir el metal aliente al alorímetro

u7 r+pidamente on a7uda del ron9metro medir el tiempo !ue tarda en llegar al e!uilibrio

apar r+pidamente on el tap9n de plastoformo

2alular la temperatura final real utilizando la onstante de enfriamiento de nuestro

alorímetro

 Al introduir el metal se lo debe ;aer5 ;aiendo ;oar on las

paredes del alorímetro 4l e!uilibrio va referido al ;e;o de

!ue la temperatura 7a no desiende ni aumenta

2on los datos obtenidos5 el e!uivalente en agua del alorímetro 7 el balane alorífio determinar la apaidad alorífia del metal

-o olvidar !ue el balane alorífio es

alor edido Y alor ganado C % edir la temperatura del

metal !ue ser+ igual a al temperatura del agua !ue

ebulle _{Introduir #%%ml de agua}

fría al alorímetro

-o olvidar saar las densidades orretas para

el agua en el balane a partir de la temperatura final

".N. 2[L21L/< S R4<1LA0/<

edida de las tem eraturas iniiales

Introdui9n del agua Fría en el alorímetro

Introdui9n del agua aliente en el alorímetro

<ellado del

alorímetro on el tap9n de plastoformo

ABLA , "

2 t 3min4 5t 3min4 T 6C / 378 min4 7

%

#

(#.'#

-

#

#

(#.()

T%.%%(N

9

&

#

(#.(&

T%.%%#"



N

#

(#.(%

T%.%%#(#

;

)

#

(#.#N

T%.%%#&

<

"%

#

(#.##

T%.%%#N#

=

"#

#

(#.")

T%.%%#)

>

"&

#

(#."

T%.%%%N

?

"N

#

(#."&

T%.%%#%N

7@

")

#

(#."#

T%.%%"&%#

77

#%

#

(#."%

T%.%%"&%

Gr+fia ,"

".. 2/-2L1<I/-4< S /B<4RA2I/-4<

*ara onluir se determin9 la onstante de enfriamiento del alorímetro5 este nuevo onoimiento !ue ad!uirimos es mu7 importante en la vida diaria5 7a !ue un alorímetro adiab+tio es simplemente un termo5 !ue no es mu7 familiar5 el onepto del oefiiente de enfriamiento va referido a !ue un alorímetro no es un sistema perfeto donde no existe p6rdida de alor omo se lo plantea idealmente 7 este oefiiente at=a omo un valor de orrei9n para +lulos de apaidades alorífias 7 e!uivalentes en agua5 omo lo ;iimos nosotros5 7a !ue para el +lulo de el e!uivalente en agua del alorímetro utilizamos el oefiiente de enfriamiento espeífiamente para alular la verdadera temperatura final 7 estos dos nuevos par+metros tambi6n se utilizaron en el alulo de la apaidad alorífia de un metal..

2omo 7a se pudo apreiar los tres datos !ue alulamos est+n mu7 relaionados uno on el otro5 la relai9n !ue pudimos observar entre el tiempo 7 la disminui9n de la temperatura fue en un prinipio mu7 abrupta pero a medida !ue paso el tiempo esta se fue estabilizando5 es deir las diferenias eran asi iguales. 2uando llevamos estos datos a una gr+fia existen algunas desviaiones5 pero esta gr+fia se paree a una funi9n exponenial inversa o negativa5 se podría suponer !ue la relai9n entre el tiempo 7 la temperatura es exponenial.

4n el balane alorífio !ue ;iimos esperamos !ue no existan onfusiones 7a !ue se resta a la temperatura iniial la final esto es simplemente debido a un ambio de signos en la euai9n5 pero omo se la ;izo a ambos lados no afeta.

2omo observai9n sería neesario ontar on term9metros m+s largos o m+s adeuados a nuestro alorímetro para realizar medidas m+s preisas 7 exatas5 7a !ue estas variaiones pudieron ausar mu;os tipos de desviaiones o errores en la pr+tia.

214<I/-ARI/

4l alor latente es a temperatura onstante 7 este alor permite el ambio de fase de una

determinada sustania5 en ambio el alor sensible es el !ue apliado a una sustania lo ;ae subir

de temperatura

*ara dise?ar o predeir el rendimiento de un interambiador de alor5 es esenial relaionar la

transferenia total de alor on antidades omo el oefiiente global de transferenia de alor donde$

78U * 78"" + T8" +78"c

<on los oefiientes onvetivos de transferenia de alor en el lado aliente 7 en el lado frío de la

pared met+lia. 4l oefiiente de transferenia de alor total para interambiadores de alor depende

no solo de los oefiientes onvetivos de transferenia de alor5 sino adem+s de las superfiies

interior 7 exterior del tubo.

4l oefiiente de transferenia de alor total es importante 7a !ue nos proporiona la antidad total de

alor transferido uando se multiplia este por +rea de la superfiie del exterior del tubo 7 Z.

0esde el punto de vista del dise?o del interambiador de alor5 puede estar basado5 tanto en el +rea

del interior del tubo omo la exterior.

4l tipo de alorímetro de uso m+s extendido onsiste en un envase errado 7 perfetamente aislado

on agua5 un dispositivo para agitar 7 un term9metro. <e oloa una fuente de alor en el alorímetro5

se agita el agua ;asta lograr el e!uilibrio5 7 el aumento de temperatura se omprueba on el

term9metro.

*or !ue existe una interai9n entre alores 7 omo el ambiente se enuentra m+s frío lo !ue la naturaleza siempre busa es e!uilibrio entones el aire 7 el ambiente ganan alor 7 el vaso de agua aliente ede alor5 la temperatura ;asta la !ue desender+ ser+ un temperatura de e!uilibrio entre la del agua aliente 7 la del

ambiente 5 pero lo m+s seguro es !ue esta temperatura de e!uilibrio sea mu7 erana a la temperatura del ambiente5 primero por la antidad de aire 7 segundo por !ue la temperatura ambiente es ba>a en omparai9n a al del agua aliente.

".). BIBLI/GRAFA

ttp:!!""".#isicanet.com.ar!#isica!termodinamica!ap$%&calorimetria.pp ttp:!!cremc.ponce.inter.edu!labquimica!