capacidad calorífica y entalpía de fusión practica

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  • 8/17/2019 Capacidad calorífica y entalpía de fusión practica

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    UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DETLAXCALA

    FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUDLICENCIATURA EN QUÍMICA CLÍNICA

    Fisicoquímica I

    Práctica 3“Capacidad calorífca y entalpía de usión”

    Químico: Carlos aneo !oda y "omín#ue$

    %quipo: !o& '

    (uerrero )uáre$ I*án&Il+uicat$i ,odrí#ue$ %mmanuel&,odrí#ue$ Caama-o C.sar /drián&

     0e1is (ar$a 2íctor a4l&

    5unes 6' 7ayo del '689

  • 8/17/2019 Capacidad calorífica y entalpía de fusión practica

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    Objetivos: "eterminar e1perimentalmente la Capacidad Calorífca de uncalorímetro ; calor< y la entalpía de usión del +ielo= >?+&

    Intro!""i#n:5a Capacidad Calorífca C  de un sistema= se defne como lacantidad de Calor “Q” que es necesario suministrar a unsistema para ele*ar su temperatura en un #rado Celsius= esdecir:

    QC 

    ∆=

      8<"ic+a ma#nitud depende de la cantidad de sustancia

    que constituye el sistema y su naturale$a= así como de laPresión= el 2olumen y la 0emperatura&

    i el sistema está constituido de una sola sustancia= y supeso es de un #ramo= entonces la Capacidad Calorífca sedenomina  C$%$"i$ C$&or'("$ Es%e"'("$ o C$&orEs%e"'("o) del mismo modo= para un mol de una sustanciapura= la Capacidad Calorífca del sistema es la C$%$"i$C$&or'("$ *o&$r o C$&or *o&$r de la sustancia.

    i el sistema está constituido por más de una sustancia=entonces la Capacidad Calorífca total del sistema será i#ual ala suma de las Capacidades Calorífcas de cada componente@matemáticamente se e1presa como:

    ∑=

    =n

    i

    iT    C C 1

      '< 

    %n nuestro caso= el sistema consta de dos partes= el a#ua y el

    calorímetro& 0omando en cuenta la e1presión anterior=

    tenemos que la capacidad calorífca totalT C 

     es:

    acal T    C C C    +=

      3

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    "ónde:cal C 

     A Capacidad calorífca del calorímetro

     aC 

    A Capacidad calorífca del a#ua 8&6 calB# <

    5a capacidad calorífca realmente si#nifca capacidadener#.tica (  calor < deido a que su *alor indica la capacidad delsistema para almacenar ener#ía&5a ener#ía puede almacenarse parcialmente en mo*imientode *iración= esto es@ las mol.culas pueden ser promo*idas aun ni*el ener#.tico de *iración más alto= o ien puedealmacenarse parcialmente en mo*imiento electrónico o derotación& %n cada caso= las mol.culas son promo*idas a un

    ni*el ener#.tico más alto&

    %n el caso ideal en el que el calor desarrollado en un proceso

    o reacción= no escape= entonces la suma del calor   r Q

    < que se

    desprende en el proceso o reacción< y el calor asorido S Q

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     )()(   I T W C C Q iaacal S    ∆+=

      E<

    "ónde:cvcaia   W W W    −=

     

    caW 

     A peso del calorímetro con a#ua ría atemperatura amiente<

    cvW 

     A Peso del calorímetro *acío

    ustituyendo la ecuación E< en la ecuación D< se tiene:

    0)()(   =∆++   I T W C C Q iaacal r 

    [ ]   0)()(   =∆−++   I T W W C C Q cvcaacal r 

    [ ]   r cvcaacal    Q I T W W C C    −=∆−+   )()(

    [ ])(

    )( I T 

    QW W C C    r cvcaacal  ∆

    −=−+

      9<

    i el proceso consiste en la adición de a#ua caliente al

    sistema en una cantidad ac= el calor transerido r Q

    del a#uacaliente al sistema calorímetro más a#ua a temperaturaamiente= equilirio t.rmico I< es:

    )( II T C W Q aacr    ∆=G<

    "ónde:ca fcac   W W W    −=

      ya f     T T  II T    −=∆   )(

     fcW 

    A peso fnal del calorímetro con a#ua ría y caliente

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     f  T 

     HcaW 

    se defnieron anteriormente&

    ustituyendo G< en 9< se tiene:

    )()(

    )()(cvcaa

    i f  

    a f  aca fc

    cal    W W C T T 

    T T C W W C    −−

    −−−=

    ien@

    −+

    −−−=   )(

    )(

    )()(cvca

    i f  

    a f  ca fc

    a   W W T T 

    T T W W C 

    calor ε 

      J<

      Como la cantidad de calor “Q” desprendido o asoridopor el sistema en un proceso= es en #eneral indefnido ya quedepende de la trayectoria que si#a el proceso= tami.n laCapacidad Calorífca lo será= a menos que se especifquencondiciones de 2olumen o Presión constantes&

    5a e1presión matemática que defne a la Capacidad

    Calorífca a 2olumen constante vC   es la si#uiente:

     v

    vT 

    QC     

      

      ∆

    =

      K< 

    5o que si#nifca que la Capacidad Calorífca a *olumen

    constante es la cantidad de calor

    V Q

     suministrado al sistemaen un proceso que transcurre a *olumen constante= paraele*ar su temperatura en un #rado Celsius&

    5aV C 

     se +a defnido en t.rminos del calor suministrado a uncuerpo aLo condiciones específcas *olumen constante= sin

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    in*olucrar otras ormas de traaLoMB>0

    "el mismo modo= la Capacidad Calorífca a presión constantese defne matemáticamente como:

     p

     pT 

    QC     

      

      ∆

    =

      86<

    %s decir= la Capacidad Calorífca a presión constante= es la

    cantidad de calor P Q

      suministrado al sistema en un procesoque transcurre a presión constante= para ele*ar sutemperatura en un #rado Celsius&

    5a ent$&%'$  es la cantidad de ener#ía de un sistematermodinámico que puede intercamiar con su entorno y serepresenta matemáticamente de la si#uiente orma:

     PV U  H    +=

    P se considera la presión del sistema y la orma PV es parte dela defnición de la entalpía de una sustancia y no implica unarestricción a #ases perectos& Cuando un sistema pasa de una

    condición inicial a otra fnal@ se mide el camio de entalpía).(   H ∆

    i f     H  H  H    −=∆

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    i un sistema asore calor= su entalpía aumenta y ∆H es unn4mero positi*o= pero si el sistema desprende calor= suentalpía disminuye y ∆H es un n4mero ne#ati*o&

    %n un camio de ase por eLemplo de líquido a #as= el calorin*olucrado en el sistema es el "$&or &$tente ev$%ori+$"i#n,

     0ami.n en un simple camio de temperatura= el camio deentalpía por cada #rado de *ariación corresponde a lacapacidad calorífca del sistema a presión constante&

    >M A QP  N  P>2@ QP A >M O P>2 A M'  N  M8< O P 2'  N  28< A M' OP2'

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    )( II iT 

      A 0emperatura inicial equilirio II= 0 < del a#uadespu.s de a#re#ar a#ua caliente

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    R 8 parrillaR 8 termómetroR 8 *aso de precipitado de 'E6 mlR 8 alan$a #ranataría

    R /#ua destiladaR ?ielo en cuos

    3ro"ei*iento:%0/P/ I: "%0%,7I!/CIS! "% 5/ C/P/CI"/" C/5,TFIC/ "%5

    C/5,T7%0,= "$&or,

    8&Pese el calorímetro *acío limpio y seco< y anote el dato

    comoCV W 

    ,

    8&/#re#ue al calorímetro 'E6 ml de a#ua destilada y pese

    inmediatamente@ anote el dato comocaW 

    &

    '& ,e#istre la temperatura del calorímetro cada uno o dosdurante 86 minutos o +asta que se alcance el equilirio

    t.rmico@ anote el dato como

    iT 

    equilirio t.rmico I

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    como f  T 

    equilirio t.rmico II

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    '.# tilice la ecuaci)n (*! para calcular la capacidad

    calorí+ca del calorímetro.

     

    −+

    −−−=   )(

    )(

    )()(cvca

    i f  

    a f  ca fc

    a   W W T T 

    T T W W C 

    calor ε 

    Ɛ calor=−(1.0 calg K ) [ (651g−553g ) (29° C −50° C )(29° C −23.6 ° C )   +(553 g−309 g) ]

    Ɛ calor=137.11cal

     K 

    %tapa II 0ala de 0emperatura

    Final 0 III< 0iempo 0emperatur

    a en VC8 '3' '33 '3D '3E '39 '3G '3J '3K '3

    86 '3

    "atos de peso ytemperaturas de laprácticaC2 36K #

    ca EE3 # 0a E6 VC

    c 9E8 #

     0i II< 'KV C

    c+ 9G3#

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    .# -Qu consideraci)n termodin/mica se hace al deducir

    la ecuaci)n (*!

    −+

    −−−=   )(

    )(

    )()(cvca

    i f  

    a f  ca fc

    a   W W T T 

    T T W W C 

    calor ε 

    %l calor específco almacenado en el calorímetro durantelos distintos pasos y etapas desarrolladas para lle#ar alresultado de la capacidad especifca del mismo&

    1.# tili2ando la ecuaci)n (""! calcule la entalpía de fusi)n

    del hielo. 3a masa del hielo ser/ igual a W ch 4 W fc.

    )()( )()(22  II i III  f  cal O H O H  fhhielo   T T C C m H m   −+−=∆  mhielo= 22 g

    ∆ H f h=−(m H 2O C  H 2O+C cal)(T f  ( III )−T ( II ))

    mhielo

    ∆ H f h=−((342 g)(1cal g−1 k −1)+(137.11cal K −1))(23° C −29 °C )

    22g

    ∆ H f h=−(342calk −1+137.11 calK −1)(−6° C )

    22g

    ∆ H f h=−(479.11calk −1)(−6° C )

    22g

    ∆ H f h=−(−2874.66 cal)

    22g

    ∆ H f h=130.66 calg−1

    5.# 6edu2ca las unidades de lacalor 

    ε 

      de la fh H ∆

     por

    separado.

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    7.# 8alcule el porcenta9e de error de la fh H ∆

     con respecto

    al :alor reportado.

     E=79.71−130.66

    79.71∗100=63.91

    ;.# 6iga cuales fueron las posi&les fuentes de error en el

    desarrollo de su pr/ctica.

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    %ntalpia de usiónA )Bmol?.# @n:estigue :alores de capacidad calorí+ca paradiferentes sustancias.

    M0/!CI/ 8$P$8@6$6 8$3AB@C@8$

    (calDgE8! $gua "

     $lcohol 0.5* $luminio 0.'5?

    Plomo 0.0"8o&re 0.0?

    Conclusiones:

    e lo#ró determinar el calor especifco del calorímetroe1itosamente en condiciones estándares encondiciones controladas y de orma paulatinamente&

    /l i#ual que el determinar la entalpia de usión del

    ?ielo con ayuda de los cálculos dados por el docente yasí conocer este dato de orma e1perimental yteóricamente&

    5ib&io2r$.'$:

    8& Castellan= (& &= Fisicoquímica= 'X %dición= M/= /ddisonesley Ieroamericana= 8KJG&

    '& /tWins= P& &= Fisicoquímica= 3X %dición= M/= /ddisonesleyIeroamericana= 8KK8&

    3& 5e*ine= I& !&= Fisicoquímica= DX %dición= 2ol& I= 7.1ico=7c(raY?ill= 8KK9&

    D& 5aidler= & )&= Fisicoquímica= 8X %dición= 7.1ico= C%C/& 8KKG

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