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Laboratorio de Físicoquímica I, Abril, 2016. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701
Experimento 3: Determinación de la capacidad calorífica de los líquidos. Alexandra Ubaque Bedoya, Edgar Andrés Cardona Duque, Ricardo Andrés Durán Toledo. Escuela de Química, Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia
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Resumen – Se determinó la capacidad calorífica del calorímetro, se construyó una gráfica de temperatura vs tiempo para posteriormente calcular la capacidad calorífica de un líquido problema que en este caso fue etanol.
I.
INTRODUCCIÓN
Dos líquidos pueden en un momento dado tener la misma temperatura y sin embargo haber recibido cantidades diferentes de calor ya sea porque absorben calor en diferentes proporciones, por su naturaleza molecular o porque hay diferentes cantidades del mismo líquido. La cantidad de calor que recibe un líquido es directamente proporcional al tiempo que permanece en contacto con la fuente de calor. La Capacidad Calorífica de un cuerpo es la razón de la cantidad de calor que se le cede a dicho cuerpo en una transformación transformación cualquiera con la correspondiente variación de temperatura. La Capacidad Calorífica depende de la masa del cuerpo, de su composición química, de su estado termodinámico y del tipo de transformación durante la cual se le cede el calor. En un líquido las moléculas están separadas unas de otras por distancias de la misma magnitud que el diámetro molecular, el volumen ocupado por un líquido es prácticamente el mismo que el ocupado por las moléculas mismas. A estas distancias tan pequeñas, el efecto de las fuerzas intermoleculares intermoleculares es muy acentuado, y además los coeficientes de expansión térmica para los líquidos son muy pequeños, de manera que el cambio en volumen es muy pequeño al a l aumentar la temperatura en un grado; en consecuencia el trabajo producido por la expansión es pequeño y se requiere poca energía para el pequeño aumento en la separación de las moléculas. Casi todo el calor transferido desde el entorno se transforma en aumento de la energía de movimiento caótico y se manifiesta como un aumento de la temperatura casi de la misma magnitud que en un proceso de volumen constante. Hay dos tipos de capacidades caloríficas de uso más común: capacidad calorífica a volumen constante C V y la capacidad calorífica a presión constante constante C P. [1]
Fecha de Recepción:
II.
SECCIÓN EXPERIMENTAL
Se realizó el montaje representado en la figura 1, para llevar a cabo el experimento. experimento. Se calculó la capacidad calorífica del calorímetro calentando un volumen de agua (el volumen debe ser el mismo que se va a usar de líquido problema, en este caso etanol) en el calorímetro con ayuda del paso de una corriente I a través de una resistencia R. Primero se tomaron los datos de temperatura del líquido cada minuto, durante los primeros 5 minutos. Se procedió luego a tomar datos de temperatura y tiempo, el tiempo cada vez que aumentaba un grado la temperatura del líquido. Se repitió este este procedimiento procedimiento para determinar la capacidad calorífica del etanol.
F igur a 1. Equi po util izado para para determi determi nar la capacidad calorífi ca de un l íqui do. [2] [2 ]
III.
DATOS OBTENIDOS
Tabla 1. T emperaturas emperaturas ini ciales del del agua y del etanol.
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Tiempo (s)
Temperatura o ( C)
0 160 220 270 340 405 460 520 582 640 705 770 840
24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Tabl a 2. Datos de temperat ur a y tiempo para el ensayo con el agu a para determ in ar la capacidad calor ífi ca del calor ímetro.
Tiempo (s)
Temperatura o ( C)
0 90 120 154 186 220 250 285 320 350 381 420 466 500 540 583 619
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41
Tabl a 3. Datos de temperatur a y tiempo para el ensayo con etanol.
Los ensayos e realizaron con un voltaje de 10 V y una corriente de 0.11 A y el volumen de las sustancias, agua y etanol, fue de 260 mL.
IV.
TRATAMIENTO DE DATOS
Con los datos obtenidos se procedió a realizar las curvas de temperatura contra tiempo, ubicando la temperatura en el eje Y y el tiempo en el eje X. Con las gráficas realizadas se obtuvo la ecuación de la recta donde se pudo tomar el valor de la pendientes y así realizar los cálculos pertinentes para el análisis de los resultados obtenidos en la práctica.
40 ) C o ( 30 a r u t 20 a r e p m10 e T
y = 0,0154x + 23,01 R² = 0,9913
0 0
200
400
600
800
1000
Tiempo (s) Gr áfi ca 1. Temperatu ra vs tiempo para el ensayo con agua.
50 ) C o 40 ( a r 30 u t a r e 20 p m e 10 T
y = 0,0276x + 24,089 R² = 0,9953
0 0
200
400
600
Tiempo (s) Gr áfi ca 2. Temperatur a vs tiempo para el ensayo con etanol.
Capacidad calorífica del calorímetro
Para el calcular C’ se emplea la siguiente ecuación:
= ( ) Dónde:
La pendiente de la gráfica elaborada representa el término ( + ) por lo tanto: = p
=,
=0.0154
0.0154= ( ) 0.0154() = 0.01540.0154 = 0.0154 =−0.0154
800
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= −0.0154 0.0154 = 0.0154°/ – Dónde: I=0,11 A V=10 V m= 260 g de agua C (H2O) = 1 cal/g ºC
∗ 60 −62,9429 0,11 ∗ 10 ∗ 0.2389 = 0,0276 °/(194,883 ) − 194,883° =0,6162 ° Convirtiendo las unidades del valor de etanol teórico ° a ° se puede hallar el % de error
2,44
0,5829
%=|0,5829−0,6162 0,5829 |∗100%=5,7086% V.
Reemplazando:
∗10 ∗0,2389 60 0,11 = º − 260 ∗ 1 º 0.0154 =−62,9429 °
3
Capacidad calorífica del etanol
La grafica arroja el valor de la pendiente, que corresponde a °C/min
=0,0276
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Gracias a que las gráficas presentaron un comportamiento lógico, con la temperatura en función del tiempo se pudo obtener la ecuación de la cual se utilizó la pendiente para calcular de manera exacta la capacidad calorífica del etanol. Una vez calculada la capacidad calorífica se compara con los datos teóricos. Convirtiendo las unidades del valor de la capacidad calorífica del etanol teórico ° a ° se puede hallar el % de error:
2,44
0,5829
%=|0,5829−0,6162 0,5829 |∗100%=5,7086% Basándonos en este valor, se puede asumir que la trasferencia de calor entre el calorímetro y el ambiente es mínima.
Se despeja C, de la siguiente ecuación:
= ( )
VI.
Dónde: I= 0,11 A V= 10 V Volumen (etanol)= 260 mL Densidad (etanol) = 0.789 g/mL Masa (etanol)= 194,883 g C’ (calculado anterior ) = -62,9429 cal/g °C
() =
0,02760,0276′= = −0,0276′ 0,0276 − ′ = 0,0276
CONCLUSIONES
Se halló exitosamente la capacidad calorífica de la sustancia problema, en este caso el etanol con un error mínimo del 5,7%, lo que indica que el método llevado a cabo es exacto y preciso para llevar a cabo la determinación. Para la determinación de la capacidad calorífica de un líquido hay influencia tanto de la variación de la temperatura como el tiempo y la masa de líquido utilizado para el experimento. La corriente y la diferencia de potencial son factores importantes en la determinación de la capacidad calorífica de los líquidos, pues de estos depende el cambio en la temperatura del líquido. Como se observa en las gráficas realizadas con los resultados obtenidos, hay una relación directa entre el tiempo y la temperatura. La velocidad a la que se calienta el líquido que está siendo analizado depende tanto de la diferencia de potencial aplicada como de la corriente que pasa por el circuito. Con los resultados obtenidos se pude concluir que la transferencia de calor entre el calorímetro y el ambiente fue mínima.
____________________________ 1. Las notas de pie de página deberán estar en la página donde se citan. Letra Times New Roman de 8 puntos
Laboratorio de Físicoquímica I, Abril, 2016. Universidad Tecnológica de Pereira.
4 RECOMENDACIONES
Al momento de inducir corriente tanto al agua como a la muestra problema, comenzar a tomar el tiempo y realizar las respectivas anotaciones de temperatura con la mayor exactitud, ya que con estos valores se construyen las gráficas que me arrojaran la ecuación que permitirán realizar los cálculos posteriores de la capacidad calorífica. Debido a que el calorímetro o más bien el vaso Dewar no es un calorímetro adiabático, es decir, este deja que haya transferencia de calor entre el sistema y los alrededores locales, es un factor que influye en los resultados, se recomienda entonces tratar de realizar un montaje lo más hermético que sea posible. REFERENCIAS
[1]. Adolphe Ganot. “T ratado elemental de física”. 2003. Disponible en: http://biblioteca.org.ar/libros/89778.pdf [2]. Alba M. Jorge Eliecer, Durán R. Melvin Aroldo, Valencia S. Hoover Albeiro. FÍSICOQUÍMICA APLICADA, Fundamentación experimental. Universidad Tecnológica de Pereira, Febrero de 2008.
