PRÁCTICA N° 5 Y N° 6.
CONS CONSER ER VACI VACI ÓN DE LA E NERGÍ A Y CALO CALORI RI METRÍ A Y DETERMI NACI NACI ON DEL CALOR CALOR DE DI SO SOLUCION LUCION METODO CALORI CALORI METRI CO. CO. Autor: FREDY ALEXANDER RINCON NUÑEZ Cód.: 201520205 RESUMEN En la práctica número 5 de laboratorio estudio la transferencia de energía en forma de calor. Además que se va va a Determinar experimentalmente experimentalmente calores latentes, capacidad calorífica de un calorímetro y el equivalente de agua en el calorímetro y el calor específico de materiales. Para Para ello se estableció un proceso experimental a desarrollar para obtener nuestros respectivos resultados. En la práctica de determinación de de calor disolución disolución se determinó determinó el calor de disolución de una sal en agua.
ABSTRACT In practical laboratory number 5 I study the transfer of energy in the form of heat. Experimental determination of latent heats, calorific capacity of a calorimeter and the equivalent of water in the calorimeter and the specific heat of materials. For this, an experimental process was established to obtain the results. In the dissolution heat determination practice the heat of dissolution of a salt in water was determined. INTRODUCCION Un calorímetro es un instrumento de medición, utilizado para determinar cantidades de calor suministradas o recibidas por un cuerpo, al igual funciona como mecanismo para determinar el calor especifico de un cuerpo, el mas utilizado consiste en un vaso de aluminio aislado y perfectamente cerrado con un termómetro termómetro y agitador (calorímetro de Lavoisier) El método de mezclas sirve para determinar la c conservación de la Energía. Cuando dos sistemas a diferentes temperaturas se ponen en contacto se transfiere energía en forma de calor del sistema más caliente al más frío. La unidad estándar para medir la transferencia de calor es la caloría, que se define en su forma más general como el aumento de energía requerido para aumentar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius.. El calorímetro, en su conjunto, es un sistema adiabático. Por tanto, la cantidad de calor cedida por una cierta cantidad de agua, una vez dentro del sistema, la tomará el calorímetro y la invertirá en elevar su temperatura. Dicho fenómeno se define como equivalente en agua del calorímetro, K, a la masa de agua, que para elevar su temperatura un grado centígrado, necesita la misma cantidad de calor que el calorímetro.
.
=
∗(−) (−) −)
Las transferencias de calor se miden en un calorímetro a través de variaciones de temperatura. Previo a toda experiencia es necesario calibrarlo, esto es, determinar su capacidad calorífica. Para realizar el calibrado, se mezclan cierta cantidad de agua fría con agua caliente y se mide la temperatura de equilibrio. Durante este proceso una parte de la energía cedida por el agua caliente es absorbida por el vaso Dewar del calorímetro que eleva su temperatura desde T2 a Tequilibrio. En consecuencia, como en el calorímetro no se producen pérdidas de energía hacia el exterior, la variación del conjunto formado por el calorímetro y las cantidades de agua será nula. . ( (−) −) + ( (−) −) + ( (−) −) =
La fórmula para determinar el Calor Latente de Fusión del hielo: ∗+ ( − ) . = ) − ∗ Para determinar el calor latente de vaporización del agua se utiliza la ecuación: . = ∗ ∗ ( − ) Para determinar el calor específico de un sólido se utiliza la ecuación ( + ) ∗∗(−) . = ∗(−) El proceso de disolución de una sustancia suele ir acompañado de una absorción o desprendimiento desprendimiento de calor que, referido a un mol de sustancia, se conoce con el nombre de “calor molar de disolución”. Sin embargo, esta magnit ud no es constante sino que depende de la
cantidad de disolvente y, por lo tanto, de la concentración de la disolución. Al disolver gradualmente una masa de sustancia en una cantidad de disolvente dada, la composición de la disolución varía desde la del disolvente puro hasta la de la disolución final. Sin embargo, es más interesante conocer la cantidad de calor absorbida o desprendida por mol de sustancia en el proceso completo, es decir, cuando se disuelve toda la sustancia en la cantidad de disolvente elegida. A la cantidad de calor generada en estas condiciones se le llama “calor integral de disolución”. Para ello se utiliza la f órmula:
.
∆ =
( ( − ) ( ( − ) =∗
MATERIALES Calorímetro, vasos precipitados, termómetro, agitador, reactivos (NaCl), balanza, probetas, espátula.
METODOLOGIA (transferencia (transferencia de energía en forma de calor)
C onservaci nservaci ón de de la Ene E nerr gí a
Se determinó el volumen total de calorímetro, posterior se pesó agua fría y se llenó la mitad del calorímetro (150 ml), se calentó 150 150 ml de agua a temperatura de 50 ºC, se revolvieron las dos cantidades de agua en el calorímetro y se agito hasta que la temperatura estuviese en equilibrio. Con tales datos estimamos la energía trasmitido o absorbida, intercambiada por el sistema.
Cálculo del equivalente en agua del calorímetro, K . Se preparó el calorímetro con agua ligeramente tibia a temperatura de 40ºC, con un peso de 175 g a una temperatura de 20ºC y se pusieron en el calorímetro 2 cubos de hielo, utilizamos el papel de filtro para no tener contacto directo de los dedos con el hielo, después tapamos el calorímetro dejando dentro el agitador y el termómetro, se removió con el agitador suavemente hasta que todo el hielo se fundió y registramos la temperatura final de equilibrio, luego se pesó el agua que quedo del calorímetro y se halló la masa de hielo fundido que fue utilizada en el proceso para hallar el calor latente de fusión fusión del hielo.
Me M edida de la cap capacida cidad calo calorírí fica fi ca de un Calorí Calorí metro.
Se determinó el volumen del calorímetro, agregando agua fría pesada hasta la mitad, posterior a ello se calentó agua a 50 ºC, mezclamos el agua a diferentes temperaturas, se anotó temperaturas cada 30 seg hasta que el agua estuviese en equilibrio. Tal proceso nos ayuda a calcular Ck.
Me M edida del calo calorr lat latente nte de fusión fusión del hielo hielo. Se preparó el calorímetro con agua ligeramente tibia a temperatura de 40ºC, con un peso de 175 g a una temperatura de 20ºC y se pusieron en el calorímetro 2 cubos de hielo, utilizamos el papel de filtro para no tener contacto directo de los dedos con el hielo, después tapamos el calorímetro dejando dentro el agitador y el termómetro, se removió con el agitador suavemente hasta que todo el hielo se fundió y registramos la temperatura final de equilibrio, luego se pesó el agua que quedo del calorímetro y se halló la masa de hielo fundido que fue utilizada en el proceso para hallar el calor latente de fusión fusión del hielo, se repitió este proceso proceso 3 veces.
Me M edida del calo calorr lat latente nte de vapori zación ción del agua. En un vaso precipitado se midió 10 ml exactos de agua y se tomó la temperatura inicial la cual fue 20ºC, se utilizó una estufa eléctrica y se graduó a una temperatura máxima, sobre esta se colocó el vaso de precipitado y se registró el tiempo que el agua tardo en ebullir el cual fue de 2 minutos y en evaporarse 9 minutos, junto a su temperatura la cual fue 80ºC, se repitió este proceso 3 veces. Con los datos datos obtenidos se calculó el vapor latente de evaporización.
METODOLOGIA (CALOR DE DISOLUCION) Se calculó la capacidad calorífica del calorímetro, en el cual se depositaron 50 ml de agua con cierta masa y temperatura, se añadió 1 g de NaCl, se revolvió agitando y midiendo su temperatura,
RESULTADOS Los resultados obtenidos a partir de la l a experimentación se muestran a continuación
Tabla 1. Conservación de la energía Volumen calorímetro mL 300
Volumen 1. ml
masa 1. g
Tempe.
150
150,086
293
150
149,92
323
Tempe. Equilibrio ºK 307
150
150,001
293
150
150,057
323
306
150
150,082
293
150
150,064
323
306,9
150
150,006
293
150
150,021
323
307
ºK
volumen 2 mL
masa 2. g
tempe. 2 ºK
la tabla 1 representa los valores obtenidos a partir de el método experimental, con ellos podemos determinar, mediante la ecuación 7 y 8 calcular el calor de intercambio frio y caliente ∆ = 484 48455, 55,00 00 y ∆ ∆ = 30 3000 00.8 .8 obteniéndose como resultado ∆
. ∆ = ∗ ∗ ⁄ ℃ .
∆ ∆ = ∗ ∗ ⁄ ℃
Tabla 2. Manejo estadístico de las mediciones item masa del agua 1 masa del agua 2 temperatura al equilibrio
ensayo 1
ensayo 2
ensayo 3
ensayo 4
media
150,086
150,001
150,082
150,006
150,04375
desviación estándar 0,05
149,92
150,057
150,064
150,021
150,0155
0,1
307
306
306,9
307
306,725
0,77
Con los anteriores datos dados podemos observar como los valores tomados en la experimentación son exactos ya que no varían mucho en cada ensayo y medición, dándonos una desviación estándar baja.
Tabla 3. Equivalente en agua del calorímetro, K. Tempe. Calorimetro ºK
masa agua (g)
290
Tempe agua ºK
150
Tempe. Equilibrio ºK
299
298
K equivalente En agua g 131,25
300
301
136,36
299
302
137,5
298,9
304
133,14
300,2
305
140
En la tabla3 se muestran los datos obtenidos a travez del método experimental en el laboratorio. La constante K la podemos hallar mediante la ecuación 1.
Tabla 4. Manejo estadístico e stadístico item temperatura del agua temperatura al equilibrio constante constan te K
ensayo 1 299
300
299
298,9
ensayo 5 300,2
298
301
302
304
305
131,25
ensayo 2
136,36
ensayo 3
137,5
ensayo 4
133,14
140
media 299,42 302 135,03
desviación estándar 0,88 4,4 3,53
La tabla 4 muestra los datos estadísticos de nuestras mediciones en este caso no son tan exactos ya que hay bastante dispersión de ellos, esto se puede deber a errores sistemáticos o personales a la hora de proporcionar cada dato.
Tabla 5. Capacidad calorífica de un calorímetro volumen calorimetro 200 mL
masa agua fria
temperatura agua fria ºK
masa agua caliente
292
100,006
99,556
temperatura agua caliente ºK 323
temperatura al equilibrio ºK 302
Ck
147.41 g
Tabla 6. Temperaturas Vs tiempo Temperatura
31
30
29
29
30
60
90
120
ºK
Tiempo seg.
Con los datos obtenidos a partir de el ensayo hecho se obtuvo la tabla 6 asi como la grafica 1 donde podemos
observar el comportamiento de nuestras mediciones. Grafica 1. Temperatura Vs. Tiempo 304.5 304 303.5 303 302.5 302 301.5 0
20
40
60
80
100
120
140
Tabla 7. Calor latente de fusión del hielo Ck g
T calorímetro ºK
T equilibrio ºK
292,2
289,8
147,41
m agua g
M hielo g
311,304
5,925
Lf calor latente de fusión del hielo cal/g 90,06
% Error
12.5
Los datos de la tabla 4 corresponden a el proceso experimental del calor latente de fusión del hielo Lf, obtenido a partir de la ecuacion4. En la práctica obtuvimos un valor de 90,06 cal/g , comparado con el valor teórico 80 cal/g, tenemos un error de 12,5% obtenido a partir de la ecuación 9.
.
% =
− ∗ % %
Mediante la ecuación 10 podemos determinar el calor necesario para pasar de estado solido a la temperatura en equilibrio, dico valor es Q=718,11
. .
= ∗ ( ( − )
Tabla 8. Calor latente de vaporización del agua T inicial ºK
T ebullición ºK
t1 seg
t2 seg
Lv
% Error
291
364
29,65
271,62
668.74
23,8
291
364
32,5
257,4
578.16
7
En la anterior tabla se representan los valores obtenidos en el método experimental, en ella podemos encontrar el calor latente de vaporización del agua (Lv). Mediante la ecuación 9 podemos determinar el error porcentual en cada ensayo, e nsayo, podemos observar como en el ensayo 2 hay menor %E por lo tanto las mediciones se acercan más al valor descrito en la literatura.
Tabla 9. Manejo estadístico estadístico de las mediciones (tabla 8) ítem tiempo 1 tiempo 2 Lv
ensayo 1 29,65 271,62 668,74
ensayo 2 32,5 257,4 578,16
media 31,075 264,58 623,45
desviación estándar 2,01 10,05 64,04
En la tabla 9 se observa la gran dispersión de cada una de las medidas, lo que nos indica que a pesar de tener un % de error bajo hay muchos errores experimentales.
ANALISIS DE RESULTADOS CONCLUSIONES 1.
La ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra.
BIBLIOGRAFIA
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Venezuela, Universidad del Zulia, Facultad experimental de ciencias, Departamento de química. Farrington Daniels y Alberty Robert. 1963. Fisicoquimica. Primera Edición. Mexico DF. Editorial Continental, 83-85 p. Levine Ira N. 2004, Fisicoquímica Vol 1. 5ta Edición, Madrid – España. Mc GrawHill/Interamericana, páginas 171-179
