INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLOGICAS LABORATORIO DE FISICA FARMACEUTICA PRÁCTICA 7: CALORIMETRIA Equipo 3: Herrera Macedo Rafael Purón Hernández Eduardo Sánchez Sandoval Saed Objetivo
a) Estudiar el intercambio de calor entre dos dos o más sustancias, aplicando la ley de conservación de la energía. b) Determinar el calor específico de un sólido desconocido. Introducción
La calorimetría comprende el estudio de los métodos para medir cantidades de calor: calores específicos, calores de combustión, calores involucrados en un cambio de estado y, en general, el calor presente al ocurrir ciertos fenómenos (choques mecánicos, corriente eléctrica, reacciones químicas, etc.) Al proporcionar calor a una sustancia cualquiera, cu alquiera, esta experimenta un aumento de temperatura y si se le quita calor, disminuye su temperatura. Si se toman distintas sustancias a la misma temperatura y de alguna manera se le proporcionan la misma cantidad de calor, alcanzaran distintas temperaturas al final de la experiencia. Este comportamiento se puede describir físicamente y en forma cuantitativa considerando la propiedad llamada capacidad calorífica, esta se define como la cantidad de calor que hay que proporcionar a una sustancia de masa “m” para que experimente un aumento de temperatura de un grado centígrado. Así, si Q es el calor que al ser absorbido por una sustancia de masa “m” provoca en este un aumento de temperatura “T” entonces, es la capacidad calorífica de esta
sustancia :
= ∆ ∆ Si se divide la capacidad calorífica (Cc) entre la masa “m” se obtiene el calor que
hay que proporcionar a la unidad de masa de la sustancia en cuestión para que su temperatura experimente un aumento de un grado centígrado. A esta última cantidad se le conoce como calor específico:
∆ = = ∆ c toma un valor característico para cada sustancia.
Si se conoce el calor especifico de una sustancia y su masa, podemos conocer el calor absorbido (o cedido) porque esta al experimentar dicha sustancia el aumento (o disminución) de temperatura.
∆ = ∆ Si la Q resulta positiva, significa que el cuerpo absorbe calor. Por el contrario si, Q es negativa, significa que el cuerpo cede calor. Lista de materiales
Matraz Kitasato Soporte universal Termómetro con escala de -10°C a 110 °C y división mínima de 1 °C Termómetro con escala de -10°C a 50°C y división mínima de 0.1°C Tubo de ensaye Muestra solida granulada Mechero bunsen Calorímetro Agitador
Procedimiento
1) Medir la masa de la muestra a la cual se le determinara el calor específico. 2) Verter la muestra en un tubo de ensaye, de manera que el termómetro con rango de -10°C a 110°C quede con el bulbo ahogado en la muestra. 3) Medir con la probeta aproximadamente 150 mL de agua, y se vierte en el calorímetro, introducir el termómetro con rango de -10°C a 50°C. Entonces se conoce el volumen y la masa del agua. 4) Al mismo tiempo con el paso anterior, se calienta la muestra, hasta 3 o 4 minutos después de que la columna del termómetro haya dejado de subir. 5) Ya caliente la muestra, se registra la temperatura común del agua y el calorímetro e inmediatamente se acerca el tubo de ensaye al calorímetro. 6) Se toma la temperatura de la muestra, y se vierte está en el calorímetro, revolviéndola un poco con el agitador, se observa la columna del termómetro y cuando esta quede estable, el sistema habrá alcanzado el equilibro térmico. 7) Finalmente con los datos obtenidos, y sabiendo que el calor especifico del agua es 1 cal/ g °C, se calcula el calor especifico de la muestra
Imagen del Experimento
Datos
Masa (g)
Agua
Calorímetro
Muestra
150
29.5
29
Calor especifico (cal / g °C) Temp. Inicial (°C)
1
0.217
-
25.1
25.1
92
Temp. Final (°C)
26
26
26
Análisis de datos
Muestra + Agua + Calorímetro
∆ + ∆ + ∆ = 0 Cede calor
Absorbe Absorbe calor
calor
∆ + ∆ + ∆ = 0 Para obtener el calor específico de la muestra despejamos a c 1 y tenemos:
− ∆ = − ∆∆ − = − − − − −150 (1 °) 0.9 ° −29.5 (0.217 °)0.9 ° = 29 −66 ° =0.0735 °
Conclusiones
Un sistema en equilibrio térmico, es donde la suma de todos los calores implicados en el sistema, es igual a 0. Cual la tiene signo “ –“significa que pierde (cede) calor, y por lo tanto,
∆
cuando tiene signo “ +” significa que gana (absorbe) calor.
El calor específico es un valor característico de cada sustancia.
Resultados
Se obtuvo el calor específico de la muestra, con un valor de 0.0735 cal/g°C, la cual podemos identificar como cobre, en las tablas de calor específico aparece con valor de 0.09 cal/g°C, se tiene una diferencia de 0.02 entre el valor de calor especifico obtenido en laboratorio a comparación de la tabla, quizá por algunos errores en la medición de las temperaturas, o al medir las masas de las sustancias. Cuestionario 1) Determinar la desviación estándar de la media de las observaciones del calor
específico.
No es posible determinar la desviación estándar, ya que solo nos dio tiempo de realizar 1 vez la determinación del calor específico de la muestra, en vez de realizarlo 5 veces.
2) La sustancia cuyo calor específico se determino fue el cobre. Compare el valor
obtenido con el que aparece en la tabla de calores específicos de un libro de texto. El calor especifico del Cobre obtenido en la práctica fue de 0.0735 cal/g°C, y observamos que el valor del calor especifico del Cobre en la tabla es de 0.093 cal/g°C, la diferencia es de 0.02, así que podemos decir que no hay mucha diferencia entre estos dos valores.
3) ¿En qué principio fundamental se basa el método de las mezclas?
Se ponen en contacto, a diferentes temperaturas, Tc y Tf una masa de agua y el cuerpo cuyo calor específico se quiere medir, ambos en el interior de un calorímetro de equivalente en agua K conocido. Por el principio cero de la termodinámica (Al tener dos sistemas o más en contacto térmico, el sistema alcanzará el equilibrio térmico si las paredes entre ellos es conductora) al cabo de un tiempo ambas sustancias habrán alcanzado el equilibrio térmico. Donde se ha supuesto que el agua y el calorímetro están a la temperatura Tf, inferior a la del cuerpo sólido, cuyo calor específico se quiere medir, que está a una temperatura mayor Tc. 4) Verifique dimensionalmente la ecuación obtenida en la pregunta (2) de la
introducción teórica.
∆ + ∆ + ∆ = 0
= −+− − Análisis dimensional
= ° ° + ° ° ° ° = + ° ° = ° ° 5) En su primera determinación de c: a) ¿Qué cantidad de calor cedió la muestra?
∆ = ∆ ∆ = 29 (0.0735 ° ) 26 ° − 92 ° ∆ = −. b) ¿Qué porcentaje de ella fue absorbida por el agua y que porcentaje por el
calorímetro?
∆ = −140.679 ∆ = +135
100%
El agua absorbió un: 95.96%
∆ = +5.76
El calorímetro absorbió un: 4.09%
6) La capacidad calorífica de un calorímetro con camisa, como el que se ilustra en
la figura 3, no se determina como se hizo en la práctica, y aplicando el método de las mezclas, se obtiene un valor más preciso. Observando la ecuación:
− = − a) Explique muy brevemente, en qué consistirá el experimento. 1. Medir en una probeta 150 mL de agua (magua) y verterla en el calorímetro. 2. Medir la temperatura del agua (Ti). 3. Pesar la muestra (mmuestra) y colocarla en un tubo de ensaye. 4. Caliente agua en un matraz, cuando hierva, coloque dentro del matraz el tubo de ensaye con la muestra. 5. Medir la temperatura de la muestra (Ti de la muestra). 6. Enseguida, verter la muestra (sin el tubo de ensaye) dentro del calorímetro. 7. Tapar el calorímetro y agitar. 8. Media la temperatura máxima que alcanza el agua, este valor es T f del agua, que a su vez es la T f de la muestra.