Instituto Politécnico Nacional Escuela Nacional de Ciencias Biológicas
Reporte de la Practica “Calorimetría” Laboratorio Física farmacéutica Profra. Violeta Cuauhtécatl ern!nde" E#ui$o %& 'guilar Laguna (e)in Naran*o +e"a ,areth Porras Nar)!e" Leonardo -riel ru$o /F+/
0uímico Farmacéutico Industrial Fecha& 12 de febrero del /31%
Objetivo •
Determinar el calor específico de una muestra desconocida a partir del uso de los datos registrados en la sesión de laboratorio, aplicando la ley de la conservación de la energía y el método de mezclas, con sus respectivas formulas para el cálculo de estas.
Objetivo específicos •
A partir de los calculados realizados, determinar en cada caso si perdió o gano calor cada uno de los materiales usados.
INTRODUCCIÓN Temperatura es una variable que nos mide, mediante una escala adecuada, los diferentes estados térmicos de un cuerpo y que depende de la energía cinética media de sus moléculas. e !a definido la cantidad de calor como la energía térmica para elevar la temperatura de una más de determinada sustancia. "o obstante, sabemos por e#periencia que los distintos cuerpos e#perimentan variaciones distintas de temperatura al recibir la misma cantidad de calor. Así, por e$emplo, cuando de$amos el coc!e al ol en un día de verano, las partes metálicas e#perimentan un incremento de temperatura mayor que el vidrio de las ventanillas.
Calorimetría: %a palabra calorimetría deriva del latino &calor&. 'l científico escocés (osep! )lac* fue el primero en reconocer la distinción entre calor y temperatura, por esto se lo considera el fundador de calorimetría. %a +alorimetría es la parte de la Termodinámica que nos ensea cómo medir la cantidad de calor que un cuerpo cede o absorbe en un proceso térmico. -ue mediante calorimetría que (oule calculó el equivalente mecánico del calor demostrando con sus e#periencias. +omo el calor es una forma de energía, podemos e#presar su medida en las unidades de la energía mecánica ya conocidas como el $oule o el ergio, pero también se puede medir en las unidades llamadas caloría cal/ y *ilocaloría 0cal./ a las que se les da el nombre de unidades calóricas de energía. 'ntre estas unidades e#isten las siguientes equivalencias1 2 0cal. 3 2444 cal 2 cal 3 5.267 (
%a definición de las unidades calóricas se basa en la variación de temperatura que el calor produce en los cuerpos, en particular de una cantidad determinada de agua. De esta manera, se define lo siguiente1 8na caloría es la cantidad de calor que debe ceder o absorber un gramo de agua para que su temperatura varíe entre 25.9: + y 29.9: +.
Dos cuerpos de igual cantidad de masa y a la misma temperatura pueden ceder o absorber distinta cantidad de calor. 'sto ocurre si los cuerpos están constituidos por sustancias o materiales diferentes, por e$emplo cobre y !ierro. ;or lo tanto el calor cedido o absorbido por un cuerpo depende también de cierta propiedad que es una constante característica de cada tipo de sustancia.
Capacidad calorífica1 e define como la cantidad de calor que necesita ese cuerpo para aumentar en 2<+ su temperatura. =atemáticamente se define como el cociente entre la cantidad de +alor suministrado aun cuerpo y el incremento de temperatura que e#perimenta éste e simboliza con la letra Cc. Así, si Q es el calor que al ser absorbido por la masa m, provoca en ésta un aumento de temperatura T entonces,
+c 3
>
T
Calor específico: e define como la cantidad de calor que es cedida o absorbida por un gramo de dic!a sustancia para que su temperatura varíe en 2: +. e simboliza con la letra c. +ada sustancia o material de la naturaleza tiene un valor de calor específico propio. =atemáticamente se define como1
c3
∆Q
m?∆T de donde, al despe$ar se obtiene1 ∆>
3 m ? c ? ∆T
en que1
∆>
es el calor cedido o absorbido por el cuerpo
m es la masa del cuerpo ∆T
es la variación de temperatura que sufre el cuerpo
'n forma rigurosa, el calor específico es función de la variación de la temperatura final e inicial. in embargo, para un intervalo de temperatura relativamente corto, la variación del calor específico es despreciable, pudiendo considerarse como constante. Además puesto que el signo de > es el mismo que el de T, resulta que la capacidad calorífica y el calor específico de una sustancia, siempre son positivos.
Mtodo de las me!clas: 'ste método nos permite !acer determinaciones de@ calores específicos, calores de combustión, calores involucrados en un cambio de estado y, en general, el calor presente al ocurrir ciertos fenómenos c!oque mecánicos, circulación de la corriente eléctrica, reacciones químicas, etc./. +onsiste en poner una muestra de una sustancia de masa m y temperatura T", cuyo calor específico se desconoce, en un recipiente calorímetro/ con otra cuyo calor específico se conoce y que tiene la misma temperatura inicial T# del recipiente. Después de estar un cierto tiempo en contacto, las tres partes del sistema alcanzan una temperatura final comn Te temperatura de equilibrio/@ es decir el sistema alcanza el equilibrio térmico. %a temperatura de equilibrio resulta con un valor intermedio a la de las temperaturas iniciales si1 T"$T# entonces T"$Te$T#. i durante el proceso de mezclado, el sistema no cede ni absorbe calor del medio e#terno ya sea porque se utilice un calorímetro térmicamente aislado o porque dic!o proceso sea tan rápido que el intercambio de calor con el medio e#terno es despreciable/, entonces el calor absorbido por una parte del sistema debe ser igual al cedido por la otra, es decir1 >2 B
>C B
> 3 4
Donde1 >2 3 +alor Absorbido o cedido/ por el componente 2
>C 3 +alor Absorbido o cedido/ por el componente C
> 3 +alor Absorbido o cedido/ por el componente
. . . >n 3 +alor Absorbido o cedido/ por el componente n
i cada uno de los términos se sustituye por su valor de la ecuación obtenemos1 m2c2TeETi2/ B mCcCTeETiC/ B mcTeETi/ B F B mncnTeETin/ 3 4
F
de donde se puede despe$ar a la temperatura de equilibrio si es el parámetro a determinar, o como en nuestro caso, se puede despe$ar al calor específico desconocido.
D%&'RRO((O Material empleado ♣ ♣
♣ ♣ ♣ ♣ ♣ ♣
;apel Termómetro con rango de E24<+ a 224<+ y división mínima de 2.4<+ Tubo de ensaye con mango ;inza para termómetro Ge$illa con asbesto ;robeta de C94 ml =ec!ero )unsen Hernier
♣
♣ ♣ ♣ ♣
Termómetro con rango de E24<+ a 94<+ y división mínima de 4.24<+ =uestra granulada de +u C oportes universales )alanza granataria Haso de aluminio =atraz 0itazato Anillo
)ROC%DIMI%NTO %*)%RIM%NT'( )rimera )arte: • • •
• •
;esamos la masa del calorímetro de aluminio Ibtuvimos la masa de los C44 ml de agua que ocupamos para el calorímetro +on el vernier medimos el diámetro D y largo sumergido ( del bulbo del termómetro decimal, usamos el volumen del bulbo y su densidad para determinar su masa =edimos la masa de nuestra muestra desconocida cobre granulado/ +olocamos C44ml de agua en el vaso de aluminio y con ayuda de un soporte introdu$imos el termómetro decimal, la parte de la cual calculamos la masa/ para tomar una primera lectura, temperatura inicial Ti
&e+,-da )arte: • • •
+olocamos un poco de agua en el matraz y se pone a calentar con el mec!ero Jntroducimos la muestra de cobre en el tubo de ensaye con mango +olocamos el termómetro con división de 2 <+ cuidando que todo el bulbo este sumergido en la muestra
8na vez que tenemos lista la muestra la ponemos a calentar en el matraz con el vapor de agua y cuidamos la temperatura !asta los K4 <+ y tomamos la lectura TiC, Debemos cuidar que el calorímetro este ale$ado del mec!ero/ •
• •
8na vez tomada la lectura sacamos el termómetro y lo más rápido posible vertimos la muestra en el calorímetro Agitamos un poco y tomamos la temperatura final o de equilibrio Te Gepetimos C veces el e#perimento, tomando cada vez la Ti del calorímetro y de la muestra de cobre TiC, así como la temperatura de equilibrio Te
b) a)
'-lisis de res,ltados ;ara el desarrollo de esta práctica utilizamos la siguiente fórmula para capacidad calorífica y calor especifico respectivamente
c c=
∆Q ∆ T
∆Q ∆ T Ce= = ∆ Q = Cc m m ∆ T m T
Donde +c3 capacidad calorífica ∆ Q 3 calor absorbido o cedido ∆ T 3 cambio de temperatura
+e3 calor especifico m3 masa Además de la formula de método de mezclas que es la siguiente ∆ Q= mCe ( T f − T I )
Tomando en cuenta la información anterior pesamos el recipiente de aluminio cuya masa es de 4.4C g. Tomando en cuenta este valor y al depositar en este C44 ml
de agua y !acer la respectiva medición, tenemos que este volumen es equivalente a 2K6.6 g. ;ara la masa de la muestra desconocía fue necesario medir la masa del recipiente $unto con la muestra y después el recipiente solo, por lo que tenemos una masa de L.2 g@ y por ultimo para el termómetro que está !ec!o de vidrio solo consideramos la parte del bulbo que tiene una altura de C.C cm y 4.7 cm diámetro, que al calcular su volumen, tenemos un valor de 4.7CC4 cm . in embargo para este ltimo nos fue posible calcular su masa a través del conocimiento de la densidad del material que es de C.7 grMcm . ;or lo tanto al realizar el respectivo despe$e tenemos que la masa de este tiene un valor de 2.72LC g. +alor específico
densidad
c 'l / 0.#"1 cal2+ 4 'l / #.1 +2cm5 3C c6idrio / 0.# cal2+r 4 vidrio / #.7 +2cm5 3C c'+,a / ".00 cal2+r 4 a+,a / ".00 +2cm5 3C +onsiderando la información anterior utilizamos la siguiente formula del método de mezclas ∆ Q= mCe ( T f −T I )¿ para conocer que tanto calor cedió o gano cada uno de los materiales usados.
PRIMERA MEDICION T%M)%R'TUR' D%( C'(ORIM%TRO/ "1.5 3C T%M)%R'TUR' 8IN'(/ "9. 3C 'l,mi-io ∆ Q= ( 30.02 gr )
(
0.217
)
+onclusión
( 18.5−17.3 ° C ) =7.817 cal
NA"I +A%IG
( 18.5−17.3 °C )=238.776 cal
NA"I +A%IG
cal gr ° C
'+,a ∆ Q= (198.98 gr )
(
1
)
cal gr°C
M,estra desco-ocida ∆ Q=( 37.1 gr ) Ce ( 17.3− 90 ° C )
6idrio ∆ Q= (1.6172 gr )
(
0.2
cal gr °C
)(
18.5
∆ Q md
;ara obtener el valor de
−17.3 °C )=0.388152 cal
NA"I +A%IG
; utilizo la siguiente formula
∆ Q Al + ∆ Q H 2O + ∆ Qmd + ∆Q vid= 0
Al realizar la suma de los valores obtenidos obtengo lo siguiente 7.817 cal
+ 238.776 cal + ∆ Qmd + 0.388152 cal=0 ∴ ∆ Qmd=−246.981 cal
;or lo que podemos decir que la muestra desconocida cedió calor. 'ntonces tenemos que Ce=
∆Q −246.981 cal cal = =0.091 m ∆ T ( 37.1 gr )( 17.3 −90 ° C ) gr°C
SEGUNDA MEDICION T%M)%R'TUR' D%( C'(ORIM%TRO/ "9.7 3C T%M)%R'TUR' 8IN'(/ "<.9 3C 'l,mi-io ∆ Q= ( 30.02 gr )
(
0.217
)
cal gr°C
( 19.8− 18.6 ° C )=7.8172 cal
+onclusión
NA"I +A%IG
'+,a ∆ Q= (198.98 gr )
(
1
)
cal gr°C
( 19.8−18.6 ° C )= 238.776 cal
NA"I +A%IG
M,estra desco-ocida ∆ Q=( 37.1 gr ) Ce ( 18.6− 90 °C ) 6idrio NA"I +A%IG
∆ Q= (1.6172 gr )
(
0.2
cal gr °C
)(
19.8
−18.6 ° C )= 0.3881 cal
Al realizar el procedimiento anterior, tenemos que 7.8172 cal
+ 238.776 cal+ ∆ Qmd + 0.3881 cal =0 ∴ ∆Q md=−246.9813 cal
;or lo que podemos decir que la muestra desconocida cedió calor, y el calor especifico calculado es el siguiente Ce=
∆Q −246.9813 cal cal = = 0.093 m ∆ T ( 37.1 gr ) ( 19.8− 90 ° C ) gr°C
+onsiderando las dos ediciones anteriores, podemos obtener el promedio del calor específico 0.093
´= Ce
cal cal + 0.091 gr °C gr°C 2
=0.092
cal gr °C
Al tener ya este dato y compararlo con los datos teóricos, nos es posible darnos cuenta de que el calor especifico calculado corresponde al cobre cuyo valor es de 0.092
cal gr°C
; por lo que podemos decir tenemos un porcenta$e de error igual a 4
dado que los valores son e#actamente los mismos.
Co-cl,si=-
