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Academia 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