Universidad Mayor de San Simón Facultad de Ciencias y Tecnología Tecnología Departamento de Química Ingeniería Industrial
Autora: Quiroga Rodríguez Alexandra Docente: Ing. Lopez Arze Javier Bernardo Auiliar: Hoffmann Armin Asignatura: Laboratorio de Fisio!uímia !rupo: Fec"a:
Jueves "#$%% a "&$"' ( de Abril del #%%)
Coc"a#am#a $ %olivia
*r+tia , &
Calorimetría I-R/0122I34n físia5 el alor es una forma de energía asoiada al movimiento de los +tomos5 mol6ulas 7 otras partíulas !ue forman la materia. 4l alor puede ser generado por reaiones !uímias 8omo en la ombusti9n:5 nuleares 8omo en la fusi9n nulear de los +tomos de ;idr9geno !ue tienen lugar en el interior del
etos por diferentes meanismos5 entre los !ue abe rese?ar la radiai9n5 la ondui9n 7 la onvei9n5 aun!ue en la ma7oría de los proesos reales todos los meanismos anteriores se enuentran presentes en ma7or o menor grado. 4l alor !ue puede interambiar un uerpo on su entorno depende del tipo de transformai9n !ue se efet=e sobre ese uerpo 7 por tanto depende del amino. Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna . 4l alor es la transferenia de parte de di;a energía interna 8energía t6rmia: de un sistema a otro5 on la ondii9n de !ue est6n a diferente temperatura. 4l ientífio eso6s Lord 4@an 0.gregor desubri9 en "%' la onstante del alor espeífio en la euai9n de Q C m 8"alDgE: delta tE lo ual explia la utiliza on la esala gregor desubierta en "%& por su esposa Lad7 4mil7 gregor 8 %E2 son &'"Em 7 "%% E son &.'" Em:
".". /BJ4I/< "."."./BJ4I/ G4-4RAL ".".#./BJ4I/< 4<*42FI2/< ∗
edir omo va disminu7endo la temperatura a medida !ue pasa el tiempo
∗
Grafiar la relai9n de temperatura del alorímetro en funi9n del tiempo
∗
Realizar el balane alorífio par el aso de agua aliente on fría 7 de agua fría on el metal aliente
".#. AR2/ 43RI2/
".#.".2alorimetría 2ienia !ue mide la antidad de energía generada en proesos de interambio 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 perfetamente aislado on agua5 un dispositivo para agitar 7 un term9metro. eto aliente de temperatura onoida5 el alor espeífio 7 el alor latente pueden ir midi6ndose seg=n se va enfriando el ob>eto. 4l alor latente5 !ue no est+ relaionado on un ambio de temperatura5 es la energía t6rmia desprendida o absorbida por una sustania al ambiar de un estado a otro5 omo en el aso de lí!uido a s9lido o vieversa. 2uando la fuente de alor es una reai9n !uímia5 omo suede al !uemar un ombustible5 las sustanias reativas se oloan en un envase de aero pesado llamado bomba. 4sta bomba se introdue en el alorímetro 7 la reai9n se provoa por ignii9n5 on a7uda de una ;ispa el6tria.
".#.#. 2alorímetro 1n alorímetro es un aparato usado para medir la antidad de alor !ue ;a sido transferida en un proeso determinado.
interambio de alor 8reipiente entorno o entorn o reipiente:. 2alorímetros bien adaptados inlu7en agitadores para asegurar temperatura onstante en todo el sistema5 term9metros de alta preisi9n 8 %.":5 material aislante t6rmio altamente efetivo 7 un ontenedor. 4n esta pr+tia usaremos e!uipamiento senillo !ue onlleva a un margen de error en los experimentos5 pero !ue servir+ para ilustrar los prinipios de a lorimetría involurados. *ara iniiar una medida alorim6tria5 es neesario al ibrar el alorímetro5 es deir5 determinar exatamente la antidad de alor adiionado !ue provoa 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 espeífio onoido desde ;ae un tiempo.
".#.(.2onstante de enfriamiento de un alorímetro Los +idos5 las bases fuertes 7 sus sales pueden onsiderarse ompletamente disoiados en soluiones diluidas. 4l alor liberado uando se neutraliza un +ido fuerte on una base fuerte se onsidera debido a la reai9n anterior. *ara +idos 7 bases d6biles el alor de neutralizai9n es menor debido a !ue parte de la energía se absorbe en la disoiai9n de estos +idos 7 bases.
".#.&.4!uivalente en agua del alorímetro
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 influenia 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.
".#.'.*roesos endot6rmios 7 exot6rmios 4n funi9n del alor !ue interambien en el medio5 los proesos se pueden lasifiar omo exot6rmios 7 endot6rmios. 4n el aso !ue nos oupa5 l os proesos son las reaiones !uímias5 7 lo !ue nos indiar+ si la reai9n ;abr+ perdido o ganado energía es la entalpía de la reai9n. •
&ot'rmicas$ 0esprenden alor ;aia el entorno5 es de ir5 pierden calor $ q p %5 7
•
&ndot'rmicas $ Absorben alor del entorno5 es deir ganan alor$ q p M %5 7
. .
4n relai9n on la energía libre de Gibbs5 la variai9n de entalpía de reai9n gobierna tambi6n5 >unto a la entropía 7 la temperatura5 la espontaneidad o in espontaneidad de una reai9n.
".#.N.2alor espeífio 4n la vida otidiana se puede observar !ue5 si se le entrega alor a dos uerpos de la misma masa 7 la misma temperatura iniial5 la temperatura final ser+ distinta. 4ste fator !ue es araterístio de ada sistema5 depende de la naturaleza del uerpo5 se llama alor espeífio5 denotado por 7 se define omo la antidad de alor !ue se le debe entregar a " gramo de sustania para aumentar su temperatura en " grado 2elsius. atem+tiamente5 la definii9n de alor espeífio se expresa omo$
Las unidades de alor espeífio son$
OP C
OP C
0e esta forma5 7 reordando la definii9n de aloría5 se tiene !ue el alor espeífio del agua es aproximadamente$
C "5%%%
".#..2alor de ombusti9n
4l alor de ombusti9n de una sustania es la antidad de alor !ue se libera en la ombusti9n ompleta de un gramo o de una mole de las sustania 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 oxidai9n alanzado por la sustania5 menos !ue se espeifi!ue otra osa5 un valor de alor n ormal de ombusti9n orresponde a la oxidai9n 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 neesario espeifiar el grado de oxidai9n 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 reai9n !ue ourre entre un elemento o ompuesto 8/rg+nio o inorg+nio: 7 el oxígeno5 para formar iertos produtos espeifiados de ombusti9n 8para elementos org+nios formados por ;idr9geno5 arbono 7 oxígeno5 los produtos son vapor de agua 7 di9xido de arbono:. ener datos de alor de ombusti9n5 puede a7udarnos a obtener alores de formai9n 7 alores d e reai9n. *or e>emplo5 si se tiene la reai9n$
S se desea tener el
5 teniendo omo =nios datos$
7
5 se podría$
Las reaiones de ombusti9n son mu7 importantes en el +mbito de la ingeniería !uímia dado !ue el desprendimiento energ6tio puede ser usado en la i ndustria omo es el aso de las alderas 8entre otras:.
".#.).2alor de neutralizai9n de +idos 7 bases 4s el alor produido en la reai9n de neutralizai9n de un mol de +ido5 en solui9n auosa5 por un mol de una base tambi6n en solui9n. 4ste efeto t6rmio tampoo es onstante para un mismo par +idoTbase5 sino !ue depende de la onentrai9n 7 s9lo toma un valor sensiblemente igual uando se opera on disoluiones diluidas. 2uando se trata de una reai9n de bases fuertes 8-a/H5 U/H...: on +idos fuertes 8H2l5 H-/ (: el alor de reai9n es independiente de la naturaleza de di;os omponentes5 7a !ue5 al ;allarse tanto 6stos omo las sales formadas disoiados5 la reai9n !ue tiene lugar es. ()* + )+ , )-(VHo#) C T'5# WJXmol T"
4n el aso de la neutralizai9n de un +ido o base d6bil 82H (T2//H5 -H&/H5...: el alor de reai9n5 a presi9n onstante5 puede ser algo menor a ausa de la absori9n de alor !ue tiene lugar en el proeso de disoiai9n del +ido o base d6biles. La neutralizai9n en este aso puede onsiderarse omo el resultado de los pasos onseutivos$
HA8a!: TM HY8a!: Y AT8a!: HY8a!: Y /HT8a!: TMH#/ 8a!: HA8a!: Y /HT8a!: TM H#/8a!: YAT8a!:
".(. A4RIAL4< S R4A2I/< Los materiales 7 reativos nombrados a ontinuai9n son pa ra los tres experimentos$
4stufa el6tria
2alorímetro
ap9n de plastoformo
2ron9metro
Balanza digital
erm9metros
aso de preipitado
*izeta on agua destilada
*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/240II4-/ Determinación de la constante de en.riamiento de un calorímetro / edir la temperatura del ambiente
*reparar el alorímetro 8termo: para el experimento
Haer alentar en un vaso de preipitado #'%ml de agua destilada ;asta aprox (%E2
apar r+pidamente on el tap9n de plastoformo 7 medir la temperatura iniial on el term9metro de preisi9n
Introduir el agua aliente al alorímetro
Introduir estos datos en la tabla " edir las temperaturas ada # minutos durante #% minutos
2on los datos de tiempo5 temperatura 7 la euai9n !ue los relaiona ;allar la onstante de enfriamiento para ada Zt
-/A$ Los tres proedimientos mostrados a ontinuai9n est+n relaionados uno on el otro 7 es neesario !ue se los lleve a abo en ese orden
Grafiar las temperaturas en funi9n del tiempo
Determinación del e0uivalente en agua del calorímetro 1 Haer alentar agua 8 '% ml: ;asta unos '% E2 edir la temperatura de "'%ml de agua fría apar r+pidamente on el tap9n de plastoformo
Introduir el agua aliente 7 la fría al alorímetro
edir la temperatura del agua aliente antes de introduir
u7 r+pidamente on a7uda del ron9metro el tiempo !ue tarda en llegar al e!uilibrio
4l e!uilibrio va referido al ;e;o de !ue la temperatura 7a no desiende
2alular la temperatura final real utilizando la onstante de enfriamiento de nuestro alorímetro 2on los datos obtenidos 7 el balane alorífio determinar el e!uivalente en agua del alorímetro
-o olvidar !ue el balane alorífio es alor edido Y alor ganado C %
Determinación del calor especí.ico de un metal edir la temperatura del metal !ue ser+ igual a al temperatura del agua !ue ebulle
Haer alentar el metal en agua en punto de ebullii9n Introduir #%%ml de agua fría al alorímetro
apar r+pidamente on el tap9n de plastoformo
4l e!uilibrio va referido al ;e;o de !ue la temperatura 7a no desiende ni aumenta
-o olvidar saar las densidades orretas para el agua en el balane a partir de la temperatura final real 7 su temperatura
".'. 0IAGRAA
edir la temperatura del agua fría
Introduir el metal aliente al alorímetro
u7 r+pidamente on a7uda del ron9metro medir el tiempo !ue tarda en llegar al e!uilibrio
Al introduir el metal se lo debe ;aer5 ;aiendo ;oar on las paredes del alorímetro
2alular la temperatura final real utilizando la onstante de enfriamiento de nuestro alorímetro
2on los datos obtenidos5 el e!uivalente en agua del alorímetro 7 el balane alorífio determinar la apaidad alorífia del metal
-o olvidar !ue el balane alorífio es alor edido Y alor ganado C %
edida de las tem eraturas iniiales
Introdui9n del agua Fría en el alorímetro
".N. 2[L21L/< S R4<1LA0/<
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/ 378 min4
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214<I/-ARI/
4l alor latente es a temperatura onstante 7 este alor permite el ambio de fase de una determinada sustania5 en ambio el alor sensible es el !ue apliado a una sustania lo ;ae subir de temperatura *ara dise?ar o predeir el rendimiento de un interambiador de alor5 es esenial relaionar la transferenia total de alor on antidades omo el oefiiente global de transferenia de alor donde$ 78U * 78"" + T8" +78"c
4l tipo de alorímetro de uso m+s extendido onsiste en un envase errado 7 perfetamente aislado on agua5 un dispositivo para agitar 7 un term9metro.
*or !ue existe una interai9n entre alores 7 omo el ambiente se enuentra m+s frío lo !ue la naturaleza siempre busa es e!uilibrio entones el aire 7 el ambiente ganan alor 7 el vaso de agua aliente ede alor5 la temperatura ;asta la !ue desender+ 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 erana a la temperatura del ambiente5 primero por la antidad de aire 7 segundo por !ue la temperatura ambiente es ba>a en omparai9n a al del agua aliente.
".). BIBLI/GRAFA ttp:!!""".#isicanet.com.ar!#isica!termodinamica!ap$%&calorimetria.pp ttp:!!cremc.ponce.inter.edu!labquimica! ttp:!!""".monogra#ias.com!traba'os!trans#erencia*calor!trans#erencia*calor.stml