informe 1 termoquimica (2)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Facultad de Ingeniería Industrial y de Sistemas

QUIMICA INDUSTRIAL I

CB 221U

PRE INFORME Nº01

“TERMOQUIMICA”

Diego Campos Durand 20122531E

Mauricio Herrera Ojeda 2012

Alexis Capillo Gervacio 2012074C

Jean Cruz Larico 2012

Lunes 16 de setiembre del 2013

Periodo 2013-2

Jefe de Practicas: Ing. Petra Rondinel Pineda

1.- Objetivos

Aplicar los conceptos fundamentales de la termodinámica a las siguientes

determinaciones experimentales:

1. Capacidad calorífica de un calorímetro.

2. Calor específico de algunos metales.

3. Calor latente de fusión.

2.- Fundamento Teórico

1. CALOR: En termodinámica se entiende por calor como un tipo de energía

en tránsito, que se transfiere debido a la existencia de una diferencia de

temperaturas entre dos o más cuerpos. La energía calorífica puede ser

transferida por tres formas: conducción, convección y radiación. La formula

practica de hallar su valor esta dado por:

2. CAPACIDAD CALORÍFICA(C): Se define como la cantidad de calor que

hay que suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su

temperatura en 1 La capacidad calorífica se determina a partir de la

relación:

-“m” es la masa de la sustancia considerada y “c” es el calor especifico.

3. CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR: Es la referida a una mol, es decir, es

la cantidad de calor que necesita una mol para que una sustancia varíe su

temperatura en 1°C o 1 K.

4. CALOR ESPECÍFICO: El calor específico es la energía necesaria para

elevar 1 °C la temperatura de un gramo de materia o sustancia.

5. CALORÍA: Es la cantidad de calor requerido para elevar la temperatura de

1g de agua 1°C.

6. CALOR LATENTE DE FUSIÓN: El calor latente de fusión es el calor

absorbido en la fusión de 1 g de sustancia a temperatura constante. Los

calores de fusión de las sustancias son muy inferiores a sus calores de

vaporización. Para el hielo es igual a 79,7 calorías por gramo. La

temperatura de fusión varia, aunque muy poco, con la presión aplicada a la

sustancia; en general, en los sólidos mas densos que el liquido la

temperatura de fusión aumenta al elevar la presión, mientras que el caso

contrario tal como el hielo, la temperatura de fusión disminuye al elevar la

presión.

7. CALORÍMETRO: Es un instrumento que sirve para medir las cantidades de

calor suministradas o recibidas por los cuerpos. A su vez, determina el calor

específico de un determinado cuerpo. Los calorímetros mas usados son

aquellos que forman sistemas aislados, es decir, en los cuales no habrá

ningún intercambio de calor con el entorno.

8. CAPACIDAD CALORÍFICA DEL CALORÍMETRO: Viene a ser la

capacidad calorífica normal pero aquí llega cambiar la temperatura del

calorímetro en un 1 °C.

http://www.monografias.com/trabajos54/modelo-acuerdo-fusion/modelo-acuerdo-fusion.shtml

3.- Diagrama o esquemas de proceso

Experimento Nº01: Determinación de la Capacidad Calorífica del Calorímetro

Procedimiento B:

Experimento Nº02: Determinar el calor específico de un metal

Poner 60mL de agua a hervir hasta su

temperatura de ebullicion.

Medir con la probeta 50 mL de agua caliente y vertir

ese volumen al calorimetro.

Medir 50 mL de agua fria y anotar su temperatura (T1)

Medir la temperatura (T2) del agua caliente en el

calorimetro y luego agrege el agua fria.

Agitar suavemente con el termometro y anotar la

temperatura de la mezcla (Tm)

Averiguar si hubo o no variacion en el volumen del

agua caliente.

Poner 50 mL de agua en un calorimetro seco. Anotar la temperatura (T1). Pesar 20 o 30g de un

metal y ponerlo en un tubo de ensayo. Colocar un tapon sin ajustar en la boca del tubo.

Poner el tubo de ensayo dentro de un vaso con agua caliente hasta que el metal haya alcanzado

la temperatura del agua (T2).

Retirar el termometro y enfriarlo hasta la temperatura (T1).Transferir rapidamente el

metal al calorimetro. Agite suavemente con el termometro y anotar la temperatura (Tm).

Experimento Nº03: Calor Latente de Fusión

Nota: Es necesario que en este experimento se mantenga agitando de manera suave el contenido del calorímetro, para homogenizar la temperatura en todo su contenido.

4.- Datos experimentales

Temperatura ambiente : 19°C

Numero de calorímetro: 12


Procedimiento B:

Primer intento

Volumen de agua caliente (V2) = 45mL

Contar con hielo en trozos a 0ºC. Colocar en el calorimetro 50 mL de agua tibia (40 - 50ºC)

Medir la cantidad de agua.

Anotar la temperatura del calorimetro (Ti). Añadir al

calorimetro unos trozos de hielo (aproximadamente de 30

a 40g)

Tapar el calorimetro dejando dentro el termometro. Mover

suavemente el termometro hasta qe todo el hielo se haya

fundido.

Anotar la temperatura final de equilibrio (Tf). Medir el

volumen total contenido en el calorimetro. Obtener la masa

de hielo fundido.

Realizar como minimo dos veces este experimeto

Determinar el calor latente de fusion mediante calculos.

Temperatura de agua caliente (T2) = 68°C

Volumen de agua fría (V1) = 50mL

Temperatura de agua fría (T1) = 17°C

Volumen de la mezcla (Vmezcla) = 93mL

Temperatura de la mezcla (Tmezcla) = 37°C

Segundo intento:










Peso del metal y el papel = 27,15 g

Peso del papel = 0,81 g

Peso del metal (Mmetal) = 26,34 g

Temperatura del metal caliente (T2) = 42°C



Primer intento



Peso del hielo (Mhielo) = 37,3 g



Segundo intento



Peso del hielo (Mhielo) = 33,11 g



5.- Cálculos y resultados


Sea:

Cc= capacidad calorífica del calorímetro

c = calor específico del agua

Q1 = calor ganado por el agua fría

Q2 = calor perdido por el agua caliente

Qcalorimetro = calor ganado por el calorímetro

Sabemos que:

Q 1+Qcalorimetro+Q 2=0

m 1.c . (Tm−T 1 )+Cc . (Tm−T 1 )+m2.c . (Tm−T 2 )=0

Para el primer intento, reemplazamos los datos:

(50 g ) .(1 calg °C ) . (20° C )+Cc . (20 ° C )+ (45 g ) .(1 calg °C ) . (−31° C )=0

Cc=19,75 cal° C

Para el segundo intento, reemplazamos los datos:

(50 g ) .(1 calg °C ) . (23° C )+Cc . (23 ° C )+ (50 g ) .(1 calg ° C )(−33 ° C )=0

Cc=21,74 cal°C

Tomaremos como el valor real a la media aritmética de estos dos valores:

Cc=20,74 cal°C


Sea:

Cm = calor específico del metal

Mm = masa del metal



Q1 = calor ganado por el agua inicial

Q2 = calor perdido por el metal

Qcalorimetro = calor ganado por el calorímetro

Sabemos que:

Q 1+Qcalorimetro+Q 2=0

m .c . (Tm−T 1 )+Cc . (Tm−T 1 )+Mm.Cm. (Tm−T 2 )=0

Reemplazando los datos:

(50 g ) .(1 calg °C ) . (3° C )+(20,74 cal° C )(3 ° C )+(26,34 g ) .Cm. (−20 °C )=0

Cm=0,402 calg°C


Sea:

L = calor latente de fusión

Cm = calor específico del metal



Q1 = calor perdido por el agua inicial

Q2 = calor perdido por el calorímetro

Q3 = calor ganado por el hielo

Q4 = calor producido por la fusión del hielo

Sabemos que:

Q 1+Q2+Q 3+Q 4=0

m .c . (Tm−T 1 )+Cc . (Tm−T 1 )+mhielo . c . (Tm−T 2 )+mhielo . L = 0

Para el primer intento, reemplazamos los datos:

(50 g ) .(1 calg°C ) . (−48 º C )+(20,74 calº C ) . (−48 º C )+(37,3 g ) .(1 calg° C ). (0 º C )+(37,3 g ) . L=0

L=91.03 calg

Para el segundo intento, reemplazamos los datos:

(54 g ) .(1 calg ° C ). (−41º C )+(20,74 calº C ) . (−41 º C )+(33,11 g ) .(1 calg ° C ). (14 º C )+ (33,11g ) . L=0

L=78,55 calg

Tomaremos como resultado, al promedio de los dos números obtenidos.

L=84,79 calg

6.- Observaciones


- Se usó un termómetro clásico; si se hubiera utilizado termómetros eléctricos, entonces nuestros resultados hubiesen sido los más óptimos y cercanos a los valores reales de Cc del termo.

- Se pudo evidenciar que el calorímetro con temperatura T1 al interrelacionarse con un cuerpo de mayor temperatura, ganaba calor en forma inversa a la masa del cuerpo caliente.

- Luego de establecer la T equilibrio, con el calorímetro este se debe dejar enfriar hasta que adopte la temperatura ambiente para evitar errores en próximos experimentos.


- Cada metal presenta: propiedades físicas y químicas diferentes, diferente configuración electrónica. por en ende presentaran diferentes calores específicos

- Tanto sustancias, elementos y también los metales hacen intercambio de energía por .∆T según sea el caso.

- Cuando se pone a diferentes temperaturas, el sistema entrará aun estado de equilibro y en este caso por tratarse de un metal el tiempo de espera es mucho más prolongado que el caso del agua.


- Cabe resaltar que es muy importante que el hielo se encuentre a 0ºC, a fin de no generar un calor sobrante por la ganancia que este toma para llegar a 0ºC

7.- Cuestionario

1. Comparar el calor específico del metal obtenido de cálculo con sus datos del experimento 2, con valores de calores específicos de tablas fisicoquímicas. Establezca a que metal correspondería su resultado.

Según nuestros resultados se halla que el Cm del metal es:Cm=0,402 calg °C

Que según una tabla el que más se aproxima es el Berilio

2. Entre dos calorímetros iguales, uno que tiene mayor capacidad calorífica que el otro, ¿cuál es el mejor?

El mejor calorímetro es aquel que tiene menor capacidad calorífica, porque absorberá menos calor. Un calorímetro es ideal cuando su capacidad calorífica es 0, esto quiere decir que mantendrá las sustancias en ella, con la misma temperatura a la que la pusimos, sin absorber o ganar calor; esto a su vez se debe a que las paredes plateadas del calorímetro reflejan 100% las radiaciones emitidas por la sustancia en el interior del calorímetro.

3. Con relación al experimento de “Determinación del calor específico de un metal”. ¿En cuál de los siguientes casos debería alcanzarse una temperatura de equilibrio final mayor en el calorímetro. Usando como metal: a) acero al carbono, b) plomo, c)bronce, d) tungsteno, e) cobre, f) aluminio.

Ce : metal

0.110 acero

0.031 plomo

0.092 bronce

0.13 tungsteno

0.09 cobre

0.217 aluminio

Tomando como base los datos del experimento 2:

M metal= 26,34g

T1=19ºC Ccalorifica = 20,74cal°C

V1=50ml

T2=42ºC

Q ganado= Q perdido

Cc.(Tf-19) + V1(1)(1)(Tf-19) =Ce(26,34)(42- Tf)

(20,74)(Tf-19) + 50(1)(1)(Tf-19) = Ce(26,34)(42- Tf)

Reemplazando en la ecuación los valores respectivos de calor específico de cada

metal obtenemos:

Tf acero = 19,9ºC

Tf plomo = 19,26ºC

Tf aluminio = 20,71ºC

Tf bronce = 19,76ºC

Tf tungsteno =20,06ºC

Tf cobre = 19,74ºC

Observamos que la mayor temperatura final lo tiene el aluminio

4. Considerando el uso del calorímetro usado en el laboratorio. Estime la temperatura final cuando 51.40 gramos de aluminio a – 5.2ºC es adicionado a una mezcla de 39.56 gr de hielo a 0.0 °C y 2400.0 gramos de agua líquida caliente a 95.0 °C.

Datos: Cc=20,74cal°C

, Lf= 84 cal°C

Mezcla de hielo y agua caliente:

Qganado por el hielo+Qperdido por el aguacaliente=0

Lf .mh ielo+mhielo . ce . (Tm−0 )+magua . ce . (Tm−95 )=o

(84 c alg ) (39.56 g )+(39.56 g )(0.5 cal° C ) (Tm°C )+ (2400 g )(1 cal°C )(Tm−95)

Tm=93,33 ° C Mmezcla=90.96 g

Adición de aluminio a mezcla en calorímetro:

Qganado por el aluminio+Qperdido pormezcla+Qperdido por calorimetro=0

mAl . ceAl . (0−5,2 ) °C+LfAl .mAl+mAl . ceAl. (Teq−o )+Mmez . ce . (Teq−93,33 )° C+Cc .(Teq−93,33)°C=0

Teq=44,66 °C

5. Determine la temperatura final cuando 486.5 gramos de aluminio a 94.3 °C es colocado en un calorímetro aislado con 62 gramos de agua a 12.0 °C. (Capacidad calorífica de calorímetro de 9.7 cal/. °C ).

Considerando lo siguiente Te= temperatura de equilibrio o final, Ce (aluminio)= 0.22 cal/gr. °C, CeH2O= 1 cal/gr °C planteamos lo siguiente considerando que todo está en unidades internacionales de medida:

0.22(1 calg ° C ) (Te – 94.3)°C486.5g + 62g(Te – 12)1(1 calg ° C ) + 9.7(1 cal° C ) (Te – 12)°C

= 0

Te = 61.284 °C

6. Con relación al experimento “Determinación del calor específico de un metal”, el valor de calor específico calculado a partir de sus resultados, haga una estimación de peso atómico del metal usando la ecuación de Dulong y Petit.

Calor específico x Peso atómico = 6,3

Peso atómico = 6.3/0.402

Peso atómico = 15.67

7. ¿En qué casos la predicción de Dulong y Petit es una buena aproximación para la estimación de calores específicos?.

La predicción de Dulong y Petit esta relacionada por una constante en

donde :Ce(peso atomico) = 6.3 y esta relación tiene mayor importancia para los

elementos que sean mas pesados por ende tiene una mejor aproximación para

poder calcular los calores específicos de algunas sustancias solidas, ya que en los

elementos como Be,B,C,Si no gosaria de mucha aproximación por ser muy

livianos estos elementos.

8.¿En qué casos el calor específico a volumen constante y el calor específico a presión constante de los metales pueden considerarse casi iguales entre sí?

Estos términos Cv y Cp, se relacionan de la siguiente manera:

cp– cv= VT α2/κ > 0,

Donde α es el coeficiente de dilatación térmica a presión constante (α=(∂V/∂T)p /V) y κ es la compresibilidad isotérmica ( κ = -(∂V/∂p)T /V ), todos estos factores son positivos y por tanto, por lo que se encuentra que cp>cV. La relación de calores específicos k= cp / cV (es usual llamarla γ ) la usaremos con frecuencia, observar que k debe ser mayor que 1. (No confundir el factor de compresibilidad Z, con la compresibilidad κ)

9. Presente el esquema de funcionamiento de una bomba calorimétrica. Explique.

El combustible cuyo poder calorífico se desea determinar, se coloca en un crisol dentro dela bomba calorimétrica. Adicionalmente, se agrega el oxígeno necesario para la combustión. La bomba calorimétrica se rodea de una camisa de agua que absorberá el calor liberado por el combustible. Todo esto se realiza dentro de una camisa adiabática para evitar fuga de calor que afecte el proceso. Sin embargo, el calor que absorbe el agua no es el poder calorífico del combustible puesto que existen pérdidas asociadas. Por seguridad, la bomba nunca debe ser cargada con una muestra que produzca más de 8000 calorías al ser quemada en oxígeno, (una masa de1.5 g). Además, al llenar la bomba de oxígeno, se debe controlar que la presión no exceda las 25 atm. (Arévalo, 2009).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 no más de 25 atm. Se cierra primero la botella de oxígeno y después la bomba cuando el manómetro desciende a 25 atm ya que las tuberías nunca son absolutamente herméticas. Debe tomarse como norma llenar de oxígeno la bomba en último término y dar salida al gas inmediatamente después de realizado el ensayo (Zamora, 1998).La parte exterior está formada por un depósito de agua con una capacidad aproximada de 2L, de forma anular, 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 (Zamora, 1998).Para la medición de temperaturas se empleará un termómetro de mercurio con una amplitud de 19ºC a 35ºC construido especialmente para este caso. La longitud de los grados de estos termómetros es de 3 a 4,5 cm. y están divididos en 100 partes, lo que permite llegar a apreciar incluso la milésima de grado haciendo las lecturas con lupa (Zamora, 1998)

10. De sus resultados de cálculo de calor latente de fusión según sus datos del experimento 2, ¿cuál es el error absoluto, y cuál el error relativo de la determinación?

Lf experimental=84,79calg ° C

Lf teorico= 80calg ° C

Error absoluto; 84,79calg ° C

– 80 calg ° C

= 4,79calg ° C

Error relativo: 4,79calg ° C

/ 80calg ° C

= 0,06

11. Determine el calor requerido para convertir 59.0 gr de hielo a -9.8 °C hasta agua a 0.0 °C. El calor específico de hielo es 2.02 J/g. °C.

Calor latente de fusion del Hielo Lf= 80 cal/g,

1 cal= 4.184J entonces LfHielo = 80cal 4.18J/calg = 334.4 J/g; mH= masa de hielo

Q1= calor sensible para calentar el hielo desde -9.8 °C hasta 0°C

Q1=mHCeH(Tf-Ti)

Q1= 59.0g(0-(-9.8))°C2.02J/g°C = 1167.964 J=1.167964KJ

Q2= calor latent de fusion necesario para derretir el hielo a 0°C

Q2= mHLf

Q2 = 59g(344.4)J/g= 20319.6J= 20.3196KJ

El calor total será = 21.487KJ

12. ¿Cómo se determina el calor específico del hielo?

Colocar en el calorímetro unos 150 g de agua calentada aproximadamente 10°C

sobre la temperatura ambiente. Pesar el calorímetro con el agua.

Tapar y medir la temperatura cada ½minuto durante 5 minutos antes de añadir el

hielo. Batir bien antes de cada medición. Preparar unos 40 g de hielo y secarlos

muy bien con la toalla de papel. Inmediatamente después de una medición de la

temperatura añadir el hielo al calorímetro y continuar midiendo cada ½ minuto

hasta 5 minutos después de medir la temperatura más baja, tratando de batir bien

la mezcla. Pesar el calorímetro con el agua de nuevo y determinar con precisión la

masa del hielo agregado. Realizar los cálculos.

8.- Conclusiones


- El calor siempre será transferido de un medio a otro siempre y cuando exista (∆T) entre los elementos y/o sustancias.

- Cuando dos cuerpos de masas iguales reciben iguales cantidades de calor, el de menor calor específico tiene un mayor aumento de temperatura.

- Cuerpos diferentes del mismo material pero de masas diferentes, poseen capacidades caloríficas distintas.

- La energía interna de un cuerpo puede aumentar sin que el cuerpo reciba calor, siempre que reciba alguna otra forma de energía


- El término calor sólo debe emplearse para designar la energía en transición, es decir, la que se transfiere de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura. La transferencia de calor hacia un cuerpo origina un aumento en la energía de agitación de sus moléculas y átomos, o sea que ocasiona un aumento en la energía interna del cuerpo, lo cual, generalmente, produce un aumento en su temperatura.

- Como el calor específico es característico de cada material, su valor para cada sustancia se determina con todo cuidado en los laboratorios y los resultados se tabulan.

- Es valor del calor especifico (C) es único e imprescindible de cada material y/o sustancia.


- El calor latente de fusión depende de cierta forma de la temperatura ambiente a la que nos encontremos.

9.- Recomendaciones

Durante la mezcla en los experimentos era necesario agitar suave y constantemente, pues la temperatura debe ser la misma, en todo el calorímetro. Si agitamos con violencia cantidades indebidas de energía mecánica se convierten en calor lo que aumentaría la temperatura del sistema.

10.- Referencias bibliográficas

Puig, Ignacio, S.J. ,CURSO GENERAL DE QUÍMICA, editorial Marín, 1961,

México. Pp. 375 -395 pág.

Talanquer Artigas Vicente A. Etal QUÍMICA

o Editorial Santillana, México DF 2000, 6ta edición pp.345 – 372 pág.

Allier Rosalía etal LA MAGIA DE LA QUÍMICA

o Editorial EPSA, México DF 1995 1era edición pp. 257 294 pág.

Chang Raymond. QUIMICA GENERAL

o Editorial McGraw Hill interamericana editores 2002 , 7ma edición pp 205 –

245 pág.

http://books.google.com.pe/books?id=_FJ8ljXZD7IC&pg=PA52&lpg=PA52&dq=capacidad+calorifica+molar&source=bl&ots=X_Yc4yck1Y&sig=RAqJSFmxFLhvkd-nGQ4IvULd0gQ&hl=es&sa=X&ei=YYhNUJzsCIes9ASy7oGADg&sqi=2

http://books.google.com.pe/books?id=354FXz7DApwC&pg=PA507&lpg=PA507&dq=metodos+para+determinar+pesos+atomicos+de+los+metales&source=bl&ots=g1Y5iD1CVv&sig=VJk_nKqHneiC2AAxaUYD36iux18&hl=es&sa=X&ei=syJNUMKwL4ak8gT55YGYAQ&ved=0CCsQ6AEwAA#v=onepage&q=metodos%20para%20determinar%20pesos%20atomicos%20de%20los%20metales&f=false 507

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