calor de combustion
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CALOR DE COMBUSTIÓN
I. OBJETIVOS :
Determinar el calor de combustión de una sustancia orgánica como el
naftaleno.
Calcular el calor de combustión usando una bomba calorimétrica.
II. MARCO TEÓRICO :
BOMBA CALORIMÉTRICA……………………………………………….………
La Bomba Calorimétrica es un
instrumento que utiliza una
transferencia de calor como principio
de funcionamiento, es utilizada para
determinar el calor de combustión de
una sustancia cuando se quema a
volumen constante.
La bomba calorimétrica se compone de un recipiente adiabático que
contiene una cubeta metálica con una cantidad conocida de agua (2000 g),
y que constituye el ambiente del calorímetro y lo protege de cambios de
calor. En el interior se introduce la cámara de reacción, que se conoce
como bomba calorimétrica, el cual es un vaso cilíndrico de unos 300 cm3
de capacidad provisto de una tapa atornillada. La tapa se atornilla primero a
mano, y luego se aprieta con una llave de brazos que acompaña a la
bomba. Es perjudicial apretar más de lo necesario.
En la tapa se encuentran dos válvulas, una de ellas se emplea para llenar la
bomba con oxígeno, mientras que la otra se utiliza para dar salida a los
gases de combustión después del ensayo.…………………….
En el interior de la bomba se encuentra la cápsula dentro de la cual se pone
un peso determinado de la sustancia que se va a quemar (1g), y un
alambre de ignición (aleación de níquel-cobre) el cual sirve para hacer la
conexión de los electrodos con la pastilla. La bomba se llena con oxígeno
por medio de un tubo flexible y delgado de cobre, provisto de un
manómetro, terminado de un lado en una tuerca que se adapta a las
aberturas de llenado de la bomba, y por el otro por una boquilla que se
ajusta a la rosca normal de las botellas de oxígeno. Se abre la botella y se
deja pasar el oxígeno hasta que el manómetro señale 20 atm.
Debe tomarse como norma dar salida al gas inmediatamente después de
realizado el ensayo; es decir, la bomba no debe estar bajo presión más que
el tiempo absolutamente indispensable.
La parte exterior está formada por un depósito de agua de forma anular que
contiene de 15 a 25 litros, y que por su gran capacidad térmica constituye el
ambiente del calorímetro y lo protege de cambios de calor. Sobre este
depósito va montado un soporte que sostiene los mecanismos de
accionamiento del agitador, así como la suspensión elástica del
termómetro.
Se puede emplear un agitador de hélice, con el cual se debe modificar la
disposición del aparato. El depósito exterior de agua tiene la misma forma,
pero mayor diámetro y capacidad. En este ensanchamiento va colocado el
canal de agitación (canal de la hélice). Ésta toma el agua caliente de la
parte superior y la impulsa por la parte inferior.
La bomba no necesita estar centrada en el depósito del calorímetro, sino
que deberá estar en la proximidad inmediata al canal de agitación, con el fin
de que la velocidad de circulación en el punto más alejado de la hélice sea
lo más reducida posible. Una de las ventajas de esta disposición es que ni
el termómetro ni la bomba están en contacto inmediato con el agitador, y
por consiguiente, éste trabaja absolutamente sin choques o rozamientos.
III. MATERIALES Y REACTIVOS :
MATERIALES:
Balanza analítica.
Prensa pastilladora.
Calorímetro
bomba calorimétrica.
Sensor de temperatura.
Alambre.
Oxigeno.
Fuente de voltaje
REACTIVOS:
Ac. Benzoico.
Naftaleno.
Agua.
Barra magnética.
IV. PROCEDIMIENTO :
PARA EL ACIDO BENZOICO
Pesar entre 0.4 y 0.5 gramos de nuestra muestra solida, cortar un
pedazo de alambre y pesarlo.
elaborar una pastil la, para esto introducir la muestra y el
alambre dentro de la prensa pastil ladora y retirarla con
cuidado. Pesar la pastil la.
Colocar los extremos del alambre por los ojales de los
electrodos con cuidado para que la pastilla no se desarme.
Se cierra correctamente la bomba, y desde el tanque de oxigeno
gaseoso se le suministra dicho gas hasta que se registre una presión
manométrica de 8 -10 atmosferas. No olvidar purgar la bomba para
extraerle el aire que había en su interior.
La bomba se coloca dentro del recipiente que contiene 750 ml de agua
potable y una barra magnética la cual sirve para tener una mezcla
uniforme, cuidando que aquella quede totalmente sumergida en el
líquido.
Se conecta el sensor de temperatura al calorímetro y se
calienta el recipiente, debe esperarse el t iempo necesario
para que la temperatura no cambie mas, y cuando es constante
se anota (Ti).
También se conecta a una fuente que le proporcionara un voltaje de 15
voltios y 0-5 A la cual producirá una chispa para que inicie la
combustión.
Se oprime el botón de ignición durante 3 a 5 segundos para iniciar la
reacción de combustión. La temperatura se registra cada 15 segundos y
cuando alcance su máximo valor se le designa por Tf.
En este momento el experimento ha terminado, así que se
desensambla el equipo y sobre todo se abre la bomba calorimétrica,
previa expulsión de los gases, para verificar que se haya quemado toda
la substancia.
Todo este procedimiento debe realizarse primero con acido benzoico
para tener datos que permitan calcular la constante (c) del equipo.
Realizar el mismo procedimiento para el naftaleno y así poder calcular
su calor de combustión.
V. RESULTADOS EXPERIMENTALES :
PARA EL ACIDO BENZOICO
La ecuación obtenida del balance de calor aplicado al equipo es:
Q=C×∆TM
…………(1)
Donde:
Q =Calor de combustión (cal/g) a volumen constante.
M=Masa de substancia quemada (g)
∆T= Diferencia de temperatura observada (ºC)
C =Constante del calorímetro.
Calculo de la constante del calorímetro
Sabemos que:
Malambre=0.037g
Mac. + Malambre=0.61g
Mac. =0.573g
Qac .benzo i co=6318 cal (por tablas)
T f=27.5ºC
T i=25.2ºC
De la ecuación (1) despejamos:
C=Q×M∆T
C=6318
calg×0.573 g
(27.5−25.2 )ºC
C=1574 calg
PARA EL NAFTALENO
Calculo del calor de combustión
Sabemos que:
Malambre=0.0290g
Mnaftaleno. + Malambre=0.5428g
Mnaftaleno. =0.5138g
C =1574 cal/g
T f=25.5ºC
T i=22.3ºC
De la ecuación (1) despejamos:
Q=C×∆TM
Q=1574
calºc× (25.5−22.3 )ºc
0.5138g
Q=9803.0 calg
Q=9.803 kcalg
VI. CONCLUSIONES :
Se determino el calor de combustión para el naftaleno.
Se pudo hallar la capacidad calorífica del calorímetro usando como patrón
al acido benzoico.
La capacidad calórica del calorímetro es la misma para el acido benzoico
como para el naftaleno.
VII. RECOMENDACIONES :
Se recomienda usar una cantidad de agua en el calorímetro no menor a un
litro, ya que una cantidad grande facilita el intercambio calórico y que el
mismo no sea muy rápido.
Es importante asegurarse que haya cantidad de oxígeno suficiente en la
bomba para que se dé la combustión completa
VIII. BIBLIOGRAFÍA :
QUIMICA ANALITICA MODERNA- William f. Pickering-
EDITORIAL REVÉRTE S.A – Pág. 263-264
MANUAL DE ING. QUÍMICO- JHON PERRY
QUÍMICA GENERAL – 8 EDICIÓN- PETRUCCI RALPH H.
http://webs.uvigo.es/eqf_web/eqf_calorimetro.htm
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