COLEGIO CLEMENCIA HOLGUIN DE URDANETA LABORATORIO DE QUIMICA CALORIMETRO
NTRODUCCION La técnica calorimétrica es una de las más empleadas dentro de la termodinámica como una herramienta de utilidad para realizar la caracterización de los sistemas que generan o absorben energía térmica. Debido a la diversidad de sistemas y a la manera como se generan los efectos térmicos, se presentan diversidad de equipos calorimétricos. El recipiente utilizado para efectuar las medidas de calor se denomina calorímetro, que en su forma más sencilla es una vasija de paredes aisladas que aloja en su interior el termómetro y agitador. Además contiene un líquido calorimétrico que generalmente es el agua. La capacidad calórica del calorímetro (los alrededores) es la suma de las capacidades calóricas de sus partes (el agua, las paredes, un termómetro y un artefacto de agitación). El valor de la capacidad calórica de cada parte depende del material y del tamaño. En la determinación del calor de un proceso, solo se ocupa la capacidad calórica global del calorímetro, que, a su vez, se determina como un todo experimentalmente. En la práctica se presenta la construcción de un calorímetro de conducción de calor y se muestra cada uno de sus elementos constituyentes, haciendo énfasis en el sistema que se utilizó para detectar el flujo de calor. MARCO TEORICO La mayor parte de los calorímetros son diseñados de forma que se minimice la transferencia de calor entre el sistema y los alrededores. El cambio de temperatura experimentado por un objeto cuando absorbe cierta cantidad de energía está controlado por su capacidad calorífica Cuando un sistema con una masa m1, se pone en contacto con un sistema con una masa m2, donde m1> m2, que está a diferente temperatura, fluye calor entre ellos hasta alcanzar una temperatura de equilibrio próxima a la del sistema de masa mayor; se dice entonces que una cantidad de calor ΔQ se transfiere desde el sistema de mayor temperatura al sistema de menor temperatura: La cantidad de calor ΔQ transferida es proporcional al cambio de temperatura ΔT. La constante de proporcionalidad C, se denomina capacidad calorífica del sistema. La determinación de los cambios térmicos que acompañan a los procesos termodinámicos se realiza con los dispositivos reconocidos con el nombre de Calorímetros. Esquemáticamente un calorímetro consta de los siguientes elementos: 1.- Recipiente en el que tiene lugar el proceso. Este recipiente está integrado en un sistema de aislamiento mediante el cual se trata de evitar las pérdidas de calor por radiación o convección. 2.- Dispositivo para la medida de cambios de temperatura (termómetro de mercurio contrastado, termopar, termómetro de resistencia,...). 3.- Dispositivo para el calentamiento controlado del sistema (resistencia eléctrica conectada a una fuente de alimentación con voltaje estabilizado). 4.- Dispositivo de mezcla de componentes y de agitación para asegurar la uniformidad de la temperatura en la mezcla. El funcionamiento de este tipo de calorímetros puede ser de dos maneras: a) La camisa exterior se mantiene a temperatura constante. b) La temperatura de la camisa exterior se mantiene en todo momento lo más próxima posible a la del vaso calorimétrico. En este caso se reconoce el dispositivo como calorímetro adiabático EL calor específico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es representativo de cada sustancia; por el contrario, la capacidad calorífica es una propiedad extensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular. La conducción de calor en cuerpos sólidos permite medir cuantitativamente el intercambio de calor entre los alrededores y la celda de medida MATERIALES • Lata de gaseosa (aluminio) • Un vaso de icopor con tapa (polietileno) • Un pitillo de plástico • Termómetro • Foamy • Silicona fría • Bisturí • Vasos de precipitado de 250 y 100 mil • Embudo de vidrio • Pipeta de 10 mil • Pipeteador • Plancha de calentamiento y agitación TechnoKartell (TK22) • Balanza analítica (Metler (Metler Toledo Al204) METODOLOGIA Primera parte: Construcción y calibración del calorímetro Inicialmente se tomó la lata de aluminio y utilizando el bisturí se le quitó la parte superior y luego se pesa, se elaboró en Foamy una tapa (que coincidiera con el diámetro de la boca de la lata) a la cual se le abrieron 2 orificios, uno para introducir el agitador y el otro para el termómetro (estos orificios también se le abrieron a la tapa del vaso de icopor). Consecutivamente utilizando este mismo material se recubrió el contorno de la lata (para crear un sistema aislado)
pegándolo con silicona líquida y después se tapó el montaje con la tapa de Foamy. En seguida se tomó el vaso de icopor y se introdujo en él el montaje anteriormente realizado de tal forma que permaneciera bien ajustado, luego se cubrió con la tapa de icopor tapándolo bien para así evitar las pérdidas de calor. El agitador se realizó utilizando 3 pitillos de plástico (uno grande y 2 pequeños), al pitillo grande se le introdujo en uno de los extremos los 2 pequeños con sus puntas dobladas formando una especie de aspas. Se midió en el vaso un volumen inicial de agua (30 ml) y se pesa, se introducir en el calorímetro a temperatura ambiente. El agitador se encajó en uno de los orificios de la tapa del montaje y posteriormente con ayuda del embudo de vidrio se introdujo el volumen de agua por el otro orificio, se sacó el embudo y se introdujo el termómetro. Manteniendo una agitación constante se controló la temperatura durante un período de tiempo suficiente hasta que permaneciera constante (esta temperatura se reportó como T1 ambiente). Consecutivamente se calentó un volumen de 30 ml de agua en el vaso hasta una temperatura de aproximadamente de 45-50 ºC. Enseguida se procedió a añadir al calorímetro) y se le midió la temperatura (esta temperatura se reportó como T2). Para la medición de las masas de agua (tanto la de temperatura ambiente m1 como la de agua caliente m2) utilizadas durante la experiencia, se midió inicialmente la masa del vaso de precipitado, añadiéndole a continuación toda el agua y midiendo la masa del conjunto. La diferencia de los dos valores suministró cada una de las masas de agua respectivas. Finalmente los 30mL de agua caliente se mezclaron con el agua a temperatura ambiente del calorímetro donde se mantuvo una agitación constante y mediante la realización de lecturas en los cambio de temperatura registrados en el termómetro. Este procedimiento se llevó a cabo tres veces.
MEDICION DEL CALOR ESPECÍFICO DEL METAL 1 se calienta 30 g de metal en un vaso precipitado con agua y se mide la temperatura del agua final 2. agregar 100g de agua a temperatura ambiente (medir temperatura) al calorímetro agitar 3. agregar el metal al calorímetro y agitar luego medir la temperatura registrar muestra Masa (g) Temperatura Temperatura Capacidad inicial final calórica Calorímetro 0.217 cal/g°C Agua 1 cal/g°C Metal Formula Qg=Qp ==== Mc*Cc*(Tf -Ti)+ Magua*Cagua*(Tf -Ti)= Mmetal*Cmetal*(Tf -Ti)
