QUÍMICA GENERAL II
QUÍMICA GENERAL II
LABORATORIO N° 2
LABORATORIO N° 2
QUIMICA GENERAL I
QUIMICA GENERAL I
ING. JUANA MARIA MENDOZA ZANCHEZ
ING. JUANA MARIA MENDOZA ZANCHEZ
DE UN CALORÍMETRO
DE UN CALORÍMETRO
CURSO:
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TEMA:
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CÁTEDRA:
CÁTEDRA:
CATEDRÁTICO
CATEDRÁTICO::
ALUMNO:
ALUMNO:
A
A
SEGUNDO SEMESTRE
SEGUNDO SEMESTRE
6 de octubre de 2011 6 de octubre de 2011 Autor: John Autor: JohnDETERMINACIÓN
DETERMINACIÓN
DEL CALOR
DEL CALOR
ESPECÍFICO DE
ESPECÍFICO DE
UN
UN
CALORÍMETRO
CALORÍMETRO
AULA:
AULA:
SEMESTRE:
SEMESTRE:
06/10/2011
Laboratorio N 1
El
cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.
DETERMINACIÓN DEL
CALOR ESPECÍFICO DE UN
CALORÍMETRO
Laboratorio N° 1
Determinar el calor específico del calorímetro usando el agua como sustancia principal ya que cuyo valor de calor específico es conocido.
El calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial. Se la representa con la letra (minúscula).
De forma análoga, se define la capacidad calorífica como la cantidad de calor que hay que suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra (mayúscula).
II. FUNDAMENTO TEÓRICO:
CALOR ESPECÍFICO
Por lo tanto, el calor específico es el cociente entre la capacidad calorífica específica y la masa, esto es donde es la masa de la sustancia.
El calor específico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es representativo de cada materia; por el contrario, la capacidad calorífica es una propiedad extensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular.
Cuanto mayor es el calor específico de las sustancias, más energía calorífica se necesita para incrementar la temperatura. Por ejemplo, se requiere ocho veces más energía para incrementar la temperatura de un lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la misma masa.
El término "calor específico" tiene su origen en el trabajo del físico Joseph Black, quien realizó variadas medidas calorimétricas y usó la frase “capacidad para el calor”. En esa época la mecánica y la termodinámica se consideraban ciencias
independientes, por lo que actualmente el término podría parecer inapropiado; tal vez un mejor nombre podría ser transferencia de energía calorífica específica ,
pero el término está demasiado arraigado para ser reemplazado
El ) correspondiente a un cierto intervalo de
temperaturas se define en la forma:
Donde es la transferencia de energía en forma calorífica en el entre el sistema y su entorno u otro sistema, es la masa del sistema (se usa una n cuando se trata
del calor específico molar) y es el incremento de temperatura que 1. Introducción
1.1. Ecuaciones básicas calor específico medio (
experimenta el sistema. El ) correspondiente a una temperatura dada se define como:
El calor específico ( ) es una función de la temperatura del sistema; esto es, . Esta función es creciente para la mayoría de las sustancias (excepto para los gases monoatómicos y diatómicos). Esto se debe a efectos cuánticos que hacen que los modos de vibración estén cuantizados y sólo estén accesibles a medida que aumenta la temperatura. Conocida la función , la cantidad de calor asociada con un cambio de temperatura del sistema desde la temperatura inicial T i a la
final T f se calcula mediante la integral siguiente:
En un intervalo donde la capacidad calorífica sea aproximadamente constante la fórmula anterior puede escribirse simplemente como:
Cuando se mide el calor específico en ciencia e ingeniería, la cantidad de sustancia es a menudo de masa, ya sea en gramos o en kilogramos, ambos del SI. Especialmente en química, sin embargo, conviene que la unidad de la cantidad de sustancia sea el mol al medir el calor específico, el cual es un cierto número de moléculas o átomos de la sustancia. Cuando la unidad de la cantidad de sustancia es el mol, el término se puede usar para referirse de manera explícita a la medida; o bien usar el término , para indicar que se usa una unidad de masa.
calor específico (
1.2. Cantidad de sustancia
c lor específico mol r
c lor específico másico
Hay dos condiciones notablemente distintas bajo las que se mide el calor específico y éstas se denotan con sufijos en la letra c . El calor específico de los
gases normalmente se mide bajo condiciones de presión constante (Símbolo: c p).
Las mediciones a presión constante producen valores mayores que aquellas que se realizan a volumen constante (c v), debido a que en el primer caso se realiza un
trabajo de expansión.
El cociente entre los calores específicos a presión constante y a volumen constante para una misma sustancia o sistema termodinámico se denomina coeficiente adiabático y se designa mediante la letra griega (gamma).7 Este
parámetro aparece en fórmulas físicas, como por ejemplo la de la velocidad del sonido en un gas ideal.
El calor específico de las sustancias distintas de los gases monoatómicos no está dado por constantes fijas y puede variar un poco dependiendo de la temperatura. Por lo tanto, debe especificarse con precisión la temperatura a la cual se hace la medición. Así, por ejemplo, el calor específico del agua exhibe un valor mínimo de 0,99795 cal/(g·K) para la temperatura de 34,5 °C, en tanto que vale 1,00738 cal/(g·K) a 0 °C. Por consiguiente, el calor específico del agua varía menos del 1% respecto de su valor de 1 cal/(g·K) a 15 °C, por lo que a menudo se le considera como constante.
La presión a la que se mide el calor específico es especialmente importante para gases y líquidos.
La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional es el joule (J). La caloría (cal) también se usa frecuentemente en las aplicaciones científicas y tecnológicas. La caloría se define como la cantidad de calor necesario para aumentar en 1 °C la
2. UNIDADES
temperatura de un gramo de agua destilada, en el intervalo de 14,5 °C a 15,5 °C . Es decir, tiene una definición basada en el calor específico.
En el Sistema Internacional de Unidades, el calor específico se expresa en julios por kilogramo y por kelvin (J·kg-1·K-1); otra unidad, no perteneciente al SI, es la
caloría por gramo y por kelvin (cal·g-1·K-1). Así, el calor específico del agua
es aproximadamente 1 cal/(g·K) en un amplio intervalo de temperaturas, a la presión atmosférica; y exactamente 1 cal·g-1·K-1 en el intervalo de 14,5 °C a
15,5 °C (por la definición de la unidad caloría).
En los Estados Unidos, y en otros pocos países donde se sigue utilizando el Sistema Anglosajón de Unidades, en aplicaciones no científicas, el calor específico se suele medir en BTU (unidad de calor) por libra (unidad de masa) y grado Fahrenheit (unidad de temperatura).
La BTU se define como la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua en condiciones atmosféricas normales. − líquido (25 °C) 4,1813 75,327 74,53 sólido (0 °C) 2,114 38,09 1,938
2.2. UNIDADES DE CALOR ESPECÍFICO
3. TABLA DE CALORES ESPECÍFICOS
Sustancia Fase másico) kJ·kg− ·C°− molar) J·mol ·K− molar) J·mol− ·K− Capacidad calorífica volumétrica J cm-3 K-1 Agua 4,184 Agua
gas (100 °C) 2,080 37,47 28,03 gas 1,012 29,19 sólido 0,897 24,2 2,422 líquido 4,700 80,08 3,263 gas 0,5203 20,8 12,5 sólido 0,328 24,6 1,878 sólido 1,82 16,4 3,367 sólido 2,5 sólido 0,385 24,47 3,45 sólido 0,5091 líquido 2,44 112 1,925 gas R = 29.1 R = 20.8 Agua Aire en condiciones típicas de habitación) Aluminio Amoníaco Antimonio sólido 0,207 25,2 1,386 Argón Arsénico Berilio cera de parafina 900 2,325 Cobre Diamante 6,115 1,782 Etanol Gas diatómico Ideal)
gas R = 20,8 R = 12,5 líquido 2,22 228 sólido 0,710 8,53 1,534 gas 5,1932 20,8 12,5 gas sólido 0,450 25,1 3,537 sólido 3,58 24,8 1,912 sólido 1,02 24,9 1,773 líquido 0,1395 27,98 1,888 gas 1,0301 20,7862 12,4717 gas 1,040 29,12 20,8 sólido 0,1291 25,42 2,492 gas 0,918 29,4 21,1 sólido 0,129 26,4 1,44 sólido 0,703 42,2 1,547 Gas monoatómico Ideal) Gasolina Grafito Helio Hidrógeno 14,30 28,82 20.4 Hierro Litio Magnesio Mercurio Neón Nitrógeno Oro Oxígeno Plomo Sílice fundido)
sólido 2,216
Estos datos son de utilidad al calcular los efectos del calor sobre los materiales que formen un edificio:
− sólido 0,92 sólido 0,84 sólido 0,88 sólido 0,67 sólido 0,503 sólido 0,876 sólido 0,790
Todas las medidas son a 25 °C a menos que se indique lo contrario, Los mínimos y máximos notables se muestran en negrita.
Uranio 0,116 27,7 4. Materiales de construcción Sustancia Estado de agregación J g − Asfalto Ladrillo Hormigón Vidrio, sílice sólido 0,84 Vidrio, crown Vidrio, flint Vidrio, pyrex Granito
sólido 1,09 sólido 0,880
sólido 0,835 sólido 0,80
El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se
Aljez Mármol, mica Arena Suelo Madera sólido 0,48 CALORÍMETRO
conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto. El calor latente, que no está relacionado con un cambio de temperatura, es la energía térmica desprendida o absorbida por una sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de líquido a sólido o viceversa. Cuando la fuente de calor es una reacción química, como sucede al quemar un combustible, las sustancias reactivas se colocan en un envase de acero pesado llamado bomba. Esta bomba se introduce en el calorímetro y la reacción se provoca por ignición, con ayuda de una chispa eléctrica.
Los calorímetros suelen incluir su equivalente, para facilitar cálculos. El equivalente en agua del calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual que el calorímetro y que perdería igual calor en las mismas circunstancias. De esta forma, sólo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes.
Un calorímetro idealmente puede ser insensible a la distribución espacial de las fuentes de calor dentro de él. Si este objetivo es alcanzado, entonces la potencia puede en principio ser medida a cualquier frecuencia por disipación en el calorímetro y determinar la correspondiente dc que da la misma lectura
que la potencia no conocida.
Por supuesto la tarea de diseñar un calorímetro que sea completamente insensible a la distribución de calor, no es posible y lo mejor que puede alcanzarse es construir un instrumento el cual tenga un factor de corrección conocido. Estos factores de corrección son evaluados por una combinación de mediciones y cálculos, tenemos la
parámetro relativamente estable para más instrumentos y siendo adimensional es independiente del sistema de unidades usado. Para la mayor parte de los calorímetros la e.e. puede ser evaluada con una incertidumbre de 0,1% a 1 GHz,
0,2 % a 40 GHz y 0,5 % a 100 GHz. 1. CARACTERÍSTICAS
potencia
Las correspondientes incertidumbres en los valores de la rf o
de microondas serán naturalmente un poco mayores que los dados, ya que dependen por ejemplo de los conectores.
Aunque el principio de medición de potencia por medio de sus efectos caloríficos es uno de los viejos métodos, los calorímetros actuales tienen sus orígenes en los desarrollos de los años 40 y 50.
alta precisión.
estabilidad de calibración.
baja velocidad de respuesta. muy voluminosos.
estáticos. no estáticos. permanentes. pretérmicos.
dry load calorimeter. microcalorímetro. calorímetro de flujo. calorímetro adiabático.
calorímetro de cambio de estado.
En comparación con los instrumentos posteriores la precisión era muy modesta con una incertidumbre de 2% para la versión coaxial y 1 a 2,5% para las versiones
potencia absorbida
1.1. VENTAJAS
1.2. DESVENTAJAS
1.3. TIPOS DE CALORÍMETROS
1.4. CALORÍMETROS COMÚNMENTE USADOS
de guía de ondas. No obstante, estos diseños establecieron la dirección general para los siguientes instrumentos.
Nueva precisión en cargas y conectores desarrollados en los años 60 llevaron a una nueva generación de calorímetros coaxiales con mejor rendimiento e incertidumbre debajo de 0,5% para frecuencias mayores de los 8 GHz.
Los calorímetros operan a niveles de potencia entre 100 mW y 10 W respectivamente.
La carga de un calorímetro es un elemento crítico. Es deseable que ésta pueda ser acoplada eléctricamente y que tenga un muy pequeño error de equivalencia, que es igual a la rf disipada y a la potencia dc que pueden producir la misma lectura de temperatura.
Componentes esenciales:
la carga donde la potencia es disipada.
línea de transmisión aislada isotérmicamente la cual conecta la entrada a la
carga.
un sensor de temperatura.
Muchos calorímetros utilizan el principio de carga dual, en el cual una absorbe mientras que la segunda actúa como temperatura de referencia.
El sensor de temperatura registra la diferencia entre las temperaturas de las dos cargas.
En teoría los efectos de las fluctuaciones de la temperatura externa se cancelan debido a la simetría, sin embargo si los alrededores no tienen una temperatura uniforme el gradiente de temperatura puede causar error.
El elemento de absorción de la carga es usualmente un thin film resistor, aunque dieléctricos de bajas pérdidas son usados para las versiones de guías de ondas. El sensor de temperatura es montado en el lado de afuera de la carga en una posición donde no es influenciado directamente por los campos
electromagnéticos. Siendo ésta una de las características distintivas de un calorímetro y es esencial para su alta precisión.
Consiste en que la circulación de corriente en un sentido produce un calentamiento y al circular en el otro sentido produce un enfriamiento.
01 probeta de 50 mL 02 vasos de 250 mL 01 calorímetro 01termometro 01 tubo de ensayo 01 cronometro 01 pinza metálica 01 Kg de cubos de hielo
Colocar exactamente 50 mL de agua en el calorímetro a temperatura
ambiente (T1, °C).
Inmediatamente agregar 50 mL de agua helada, a una temperatura de 8
°C (T2, °C). Esto se logra poniendo el vaso con 50 mL de agua dentro de un recipiente con hielo.
Cerrar herméticamente el calorímetro con el tapón que lleva incorporado
un termómetro. Agita unos instantes para homogenizar la mezcla y registrar la temperatura de equilibrio (Tm, °C).
2.2. EFECTO PELTIER
III. PARTE EXPERIMENTAL a) MATERIALES
PRIMERA MUESTRA: Agua ambiente Temperatura 17 °C Masa 50 g SEGUNDA MUESTRA: Agua fría Temperatura: 8 °C Masa 50 g MEZCLA DE MUESTRAS Temperatura 13 °C Masa 100g Q perdido = Q ganado
QH2O Tº ambiente +Q calorímetro = Q H2O fría
m1 CeH2O (Tf-Ti) + Ce calorímetro (Tf 3-Ti1) = m2 CeH2O (Tf 3-Ti2)
(50g) (1cal/gºC) (13-17) + Ce calorímetro(13-17) = (50g) (1cal/gºC) (13 -8)
200 + 4 (Ce calorímetro)=250
Ce calorímetro= 12,5 cal/ºC
c) CÁLCULOS
Se identificó que los que pierden calor es el agua a temperatura de 17ºC
y el calorímetro, mientras que el agua fría de 8ºC gana calor.
Durante el proceso de hallar el calor especifico del calorímetro nos dimos
cuenta que en realidad estábamos hallando al capacidad calorífica, ya que no se tomó en cuenta la masa del instrumento de medición. Así obtuvimos que su capacidad calorífica sea de 12,5 cal/ºC.
El principal logro de este proyecto fue que este grupo logro construir un calorímetro casero también en este laboratorio que es “Determinación del calor
especifico de un calorímetro” Se logró determinar el calor específico de un
calorímetro casero, usando la temperatura del agua ambiente que es de 17 °C y el agua a temperatura normal que es de 8°C.
Manual de Laboratorio de Química General II. (laboratorio 1).
Colección de la ciencia al día: QUIMICA 1 - átomos, moléculas y
reacciones. Severiano Herrera V.; Aura Barreto C.; Ignacio Torres D.; Esperanza R. del Clavijo.
WHITTEN-DAVIS-PECK,” Química General” CHANG, Raymond: “Química”
Mencionar otros tipos de calorímetros
Tipos de calorímetros:
o Estáticos
e) CONCLUSIONES
IV. BIBLIOGRAFÍA
No estáticos
o Permanente
Calorímetros comúnmente usados
o Dry load calorimeter o El microcalorímetro o Calorímetro de flujo
Otros tipos de calorímetros
o Calorímetro adiabático
