CALORIMETRÍA

(Transferencia de Calor)

Calorimetría La calorimetría es una técnica que determina los cambios del

contenido calórico de un sistema asociados con un proceso

químico o físico.

Se basa en la medición de los cambios de temperaturas cuando

un sistema absorbe o emite calor

La calorimetría estudia la relación que

tiene la energía calorífica asociada a

una reacción química, y cómo esta se

utiliza para determinar variables de la

misma.

La dirección de la transferencia de la Energía Térmica es siempre

desde la sustancia de mayor temperatura hacia la de menor

temperatura (o sea desde la más caliente a la más fría).

Cuando fluye calor entre dos objetos o sustancias que se

encuentran unidas; se dice que están en CONTACTO TÉRMICO

PRINCIPIOS GENERALES DE LA CALORIMETRÍA

I. Siempre que entre varios cuerpos haya un intercambio de energía

térmica, la cantidad de calor perdido por unos cuerpos es igual a la

cantidad de calor ganada por los otros.

II. La cantidad de calor absorbida o desprendida por un cuerpo es

directamente proporcional a su variación de temperatura. Así, para

elevar la temperatura de un cuerpo de 20°C se requiere el doble de

cantidad de energía térmica que para elevarla a 10°C.

PRINCIPIOS GENERALES DE LA CALORIMETRÍA

III. La cantidad de calor absorbida o desprendida por un cuerpo es

directamente proporcional a su masa.

IV. Cuando varios cuerpos a temperaturas diferentes se ponen en

contacto, la energía térmica se desplaza hacia los cuerpos cuya

temperatura es más baja. El equilibrio térmico ocurre cuando todos

los cuerpos quedan a la misma temperatura.

Calorímetro El calorímetro es un aparato utilizado en laboratorios con el objetivo de

realizar experiencias que involucran intercambios de calor entre los cuerpos

o sustancias.

El calorímetro tiene un dispositivo para medir la temperatura de un cuerpo,así como una pared que impide la transferencia de calor en otras

direcciones. Este aparato indica la temperatura en situación

de equilibrio entre dos sustancias con diferentes temperaturas.

El uso de calorímetros se usa, lógicamente, para la medición del poder

calorífico en circunstancias muy diferentes:

CALOR CEDIDO

Es el calor que el cuerpo a mayor temperatura

cede al cuerpo de la temperatura menor

CALOR ABSORBIDO

Es el Calor que el cuerpo de menor

temperatura absorbe del cuerpo de mayor

temperatura

EjemplosCuando se tiene un vaso con

agua, refresco, etc., “caliente” y se

le colocan hielos, el agua o la

bebida no “se enfría” mas bien la

bebida cede calor a los hielos y

estos absorben ese calor, por lo

tanto ambas sustancias (bebidas y

hielos) llegan a un equilibrio

térmico

Cuando se le toma la

temperatura a una persona con

un termómetro el cuerpo cede

calor al termómetro que

contiene el mercurio para tomar

la medición de la temperatura y

esta será la correcta cuando

ambos cuerpos estén en

equilibrio

EQUILIBRIO TERMICO Es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas

de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales

presentaban diferentes temperaturas, Una vez que las

temperaturas se igualan se suspende el flujo de calor

llegando ambos cuerpos al mencionado equilíbrio

térmico.

La Ley de la conservación del intercambio de energía

calorífica dice: La cantidad de calor que absorbe un

cuerpo es igual a la cantidad que pierde el otro, hasta

alcanzar el equilibrio térmico”

Es decir:

-Calor perdido = Calor ganado

Matemáticamente se expresa de la forma:

Por lo que se puede decir uno es negativo debido a que pierde

calor, y el otro es positivo porque gana calor.

Por lo tanto…. Si sustituimos por las ecuaciones completas

tendremos:

Al multiplicar el signo por lo todos los términos también se

expresar de la siguiente forma:

-mCeΔt cedido =mCe Δt ganado

mCe( -tf + to)cedido = mCe(tf – To)ganado

Reordenando se tiene que el calor cedido será:

mCe(to – tf)cedido = mCe(tf – to)ganado

Lo anterior significa que para un sistema aislado la suma de todos

los calores ganados o perdidos en una mezcla por las sustancias

involucradas debe ser cero, en otras palabras:

∑Q = Qganado + Qperdido = Q1 + Q2 + ... + Qn = 0

Para, conocer la cantidad de calor de una sustancia, se hace una

determinación calorimétrica donde calentamos o hacemos

reaccionar esta y la sumergimos en alguna sustancia como el agua

dentro de un calorímetro

Qcedido = Qganado sustancia 1 + Qganado sustancia 2 +….+ Qganado sustancia n

Se calienta para templar y endurecer, una llave española de acero de 200 gramos,

elevando su temperatura hasta los 550°C y se introduce dentro de un recipiente de

aluminio de 250 gramos de masa que contiene 220 gramos de agua. A 18°C.

Determinar la temperatura final, cuando se alcanza el equilibrio térmico. Considere El

CeHierro= 0.499cal/g°C; CeAluminio= 0.217cal/g°C; Ceagua=1cal/g°C

DATOS FORMULAS OPERACIONES RESULTADOS

toHierro= 550 °CmHierro= 200gmAlumnio=250gMagua= 220 gCeHierro= 0.499cal/g°C; CeAluminio= 0.217cal/g°C; Ceagua=1cal/g°CtoAlumnio= 18 °CtoAgua= 18 °C

-mCeΔtcedido = mCe Δtganado

-mCeΔtHierro = mCe ΔtAlumnio

+ mCe ΔtAgua

(200g)(0.499cal/g°C)(550° - tf) = (250g)(0.217

cal/g°C)(tf – 18°) + (200g)(1cal/g°C)(tf – 18°)

Resolviendo las operaciones nos queda:

(99.8 cal/°C)(550° - tf) = (54.25 cal/°C)(tf – 18°)

+( 200cal/°C)( tf – 18°)

54890 cal - 99.8tf = 54.25tf – 976.5 cal + 200tf -

3600cal

Reordenando, pasando términos con

incógnita de um lado y términos

independentes del otro

54890 + 976.5 + 3600 = 99.8tf + 54,25tf + 200tf

59466,5 = 354.05tf tf =59466,5

354,05= tf = 167.9607°C

tf =

167.9607°C

En un experimento de laboratorio, se utiliza un calorímetro para determinar el calor específico del

cobre. Se colocan 80 g de balines de cobre seco en la taza y se calienta a 95°C. La masa de la

taza interior de aluminio con un agitador del mismo material es de 60 g. El calorímetro se llena

parcialmente con 150 g de agua a 15°C. Los balines calientes se vacían rápidamente en la taza y

se sella el calorímetro, Después que el sistema ha alcanzado el equilibrio térmico, la temperatura

final es 22°C. Calcule el calor específico del cobre. Considere; CeAluminio= 0.217cal/g°C;

Ceagua=1cal/g°C

DATOS FORMULAS OPERACIONES RESULTADOS

toHierro= 95 °Cmcobre= 80gmAlumnio=60gMagua= 150 gCecobre= ? cal/g°C; CeAluminio= 0.217cal/g°C; Ceagua=1cal/g°CtoAlumnio= 15 °CtoAgua= 15 °Ctocobre= 22 °CtoAgua= 22 °CtoAlumnio= 22 °C

-mCeΔtcedido = mCe

Δtganado

-mCeΔtcobre = mCe ΔtAlumnio

+ mCe ΔtAgua

(80g)(CeCobrecal/g°C)(95° - 22) = (60g)(0.217

cal/g°C)(22 – 15°) + (150g)(1cal/g°C)(22 – 15°)

Resolviendo las operaciones nos queda:

(80g)(CeCobrecal/°C)(73°C) = (13.02

cal/°C)(7°C) +( 150cal/°C)( 7°C)

(5840 g°C cal) (CeCobreCal/g°C) = 91.14 cal

+1050 cal

Resolviendo la suma y despejando el Calor

específico del cobre, tenemos:

(5840 g°C) (CeCobreCal/g°C)= 1141.14 cal

Ce =1141.14 𝑐𝑎𝑙

5840 𝑔°𝐶= Ce = 0.1954 cal/g°C

Ce = 0.1954

cal/g°C