Laboratorio N1 parte 1Universidad Nacional de IngenieraUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA FACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIAL Y DE SISTEMASQUMICA INDUSTRIAL

LABORATORIO N1TERMOQUMICA PARTE 1

Huamanyauri Huamn, Renzo Alfredo 20141033GCosquillo Quispe, Mijael Bryan20142502KGarces Timoteo, Antony Bryan 20141067I

Lima, Abril 13 del 2015OBJETIVO

Aplicar los conceptos fundamentales de la termodinmica a las siguientes determinaciones experimentales:1.-Capacidad calorfica de un calormetro.2.-Calor Especfico de algunos metales.3.-Calor latente de fusin.

Aplicar los conceptos aprendidos sobre la Teora de sistemas.

FUNDAMENTO TERICO

TermoqumicaParte de la termodinmica qumica que trata exclusivamente la energa calorfica que acompaa a un proceso qumico.

SistemaUn sistema termodinmico es aquella parte del universo fsico cuyas propiedades se estn investigando. Un sistema est confinado a un lugar definido en el espacio por la frontera que lo separa del resto del universo (entorno). Un sistema es aislado cuando la frontera evita cualquier interaccin con el medio exterior. Un sistema aislado no produce cambios observables en el entorno. Un sistema es abierto cuando pasa masa y energa (en forma de calor) a travs de la frontera. Por ltimo, un sistema es cerrado cuando existe transferencia de energa (en forma de calor) pero no de masa a travs de la frontera.

CalorEn termodinmica, se define el calor como una cantidad que fluye a travs de la frontera de un sistema durante un cambio de estado en virtud de una diferencia de temperatura entre el sistema y su entorno y que fluye de un punto de temperatura mayor a otro de temperatura menor. El calor solo aparece en la frontera del sitema.

Equilibrio trmicoSi dos objetos que estn a diferentes temperaturas, se colocan en contacto trmico (lo que significa que la energa trmica se puede transferir de uno a otro),los dos objetos eventualmente alcanzaran la misma temperatura. Se dice entonces que estn en equilibrio trmico.

Capacidad CalorficaCantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura de determinada cantidad de sustancia.

Calor especficoElcalor especficoes unamagnitud fsicaque se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia osistema termodinmicopara elevar sutemperaturaen una unidad. En general, el valor del calor especfico depende del valor de la temperatura inicial.

Calor latente Cuando una sustancia se est fundiendo o evaporndose est absorbiendo cierta cantidad de calor llamada calor latente de fusin o calor latente de evaporacin, segn el caso. El calor latente, cualquiera que sea, se mantiene oculto, pero existe aunque no se manifieste un incremento en la temperatura, ya que mientras dure la fundicin o la evaporacin de la sustancia no se registrar variacin de la misma.Calor latente de fusin (LF): Representa la cantidad de calor que debe recibir un gramo de una sustancia, cuando se encuentra a su temperatura de fusin para pasar de la fase slida a la fase lquida, o viceversa.Calor latente de vaporizacin (LV): representa la cantidad de calor que debe recibir un gramo de una sustancia, cuando se en encentra a temperatura de ebullicin para pasar de fase lquida a la fase gaseosa, o viceversa.

Calora (cal)Es la cantidad de calor requerido por 1g de agua para elevar la temperatura 1C.

CalormetroEn el laboratorio los cambios de calor de los procesos fsicos y qumicos se miden con un calormetro, recipiente cerrado diseado especficamente para ese propsito. Un calormetro consiste, en esencia, en un recipiente aislado trmicamente lleno de agua, en la cual se sumerge la cmara de reaccin. Sabiendo la cantidad de agua presente, su calor especfico y el cambio de temperatura, es posible calcular la cantidad de calor desarrollada en la reaccin.

1ra ley de la TermodinmicaSi un sistema se somete a cualquier transformacin cclica, el trabajo producido en el entorno es igual al calor que fluye desde el entorno.

MATERIALES

Experimento N1

Procedimiento A: Calormetro de Capacidad Calorfica desconocida. Una tapa de tecnopor para el Calormetro, con un agujero adecuado para introducir el termmetro. Termmetro. 105 mL de agua destilada. Vaso de precepitado con capacidad de 250 mL.

Procedimiento B: Calormetro de Capacidad Calorfica desconocida. Termmetro. 110 mL de agua destilada. 1 probeta.

Experimento N2

120 ml H2O 15-20 gr. Metal Calormetro Termmetro

Experimento N3

Calormetro. Hielo 3 a 5 gr. Agua tibia. Mechero. Recipiente para calentar el agua. Probeta. Termmetro.

PROCEDIMIENTOS

Procedimiento A:Calormetro50 mL de H2O fro.

Temperatura de la mezclaTm

T1Aadir

T260 mL de H2O caliente.

Procedimiento B:50 mL de H2O caliente50 mL de H2O fraCalormetroT2T1Temperatura de la mezclaTm

Experimento N2

Experimento N3

CLCULOS

Experimento N1

Procedimiento A: Tagua fra/calormetro = T1 = 29C T agua caliente = T2 = 70C Tmezcla = Tm = 48C m1 = 50g m2 = 60g

Procedimiento B:

Tagua fra = T1 = 29C T agua caliente/calormetro = T2 = 62C Tmezcla = Tm = 46C m1 = 50g m2 = 50g

Como se observa, los resultados obtenidos en el procedimiento A y el procedimiento B son muy distantes por lo que en el caso B procederemos de la siguiente manera: Tcalormetro = T1 = 30C Tagua caliente = T2 = 83C Tmezcla = Tm = 70C mH2o = 50g

Se observa que el resultado obtenido es ms cercano al del procedimiento B; por lo que con la Capacidad calorfica del termo N10 ser:

Experimento N2

T agua/ calormetro = 30C T metal/H2O caliente = 93C Tm = 55C M1 = 60 g. Mmetal = 32 g.

Experimento N3

Volumen de agua tibia echada al calormetro: 50 ml. Temperatura del calormetro con el agua tibia: 52 C Temperatura del calormetro despus de echar el hielo: 47 C Volumen final de la mezcla: 52,75 ml. Calor especfico del calormetro: 18 Cal/C

Masa de hielo:Debido a que la densidad del agua es uno, entonces 1gr=1mlV hielo derretido = V final V agua tibiaVolumen de hielo derretido= Masa de hielo =52,75 52 = 2,75

Calculamos el calor latente de fusin del agua:Q ganado= Q perdidoCLFUSIN*(Masa del hielo)+M hielo*(tem)=Ccalormetro*(tem)+ Magua*Ce*(tem)CL*2,75+2,75*(47-0)=18*(52-47)+50*1*(52-47)CL*2,75=210,75CL=76,64 Cal/gr

ANLISIS DE RESULTADOS

Experimento N1Procedimiento A:Procedimiento B:Experimento N2OBSERVACIONES

Experimento N1

Al hervir 60ml de agua notamos la formacin de burbujas y la presencia de vapor de agua. Al trasvasar el agua caliente del vaso de precipitado a la probeta para la medicin de su volumen observamos la formacin de pequeas gotitas en las paredes de la probeta. La temperatura medida final es menor que la temperatura del agua caliente y mayor que la temperatura del agua fra.

Experimento N2

El metal demor en calentar a comparacin con el agua. Al culminar el experimento, sacarlo del calormetro y tocar el metal notamos que la temperatura de este an no haba alcanzado la temperatura ambiente. La temperatura medida final es menor que la temperatura del agua caliente y mayor que la temperatura del agua fra.

Experimento N3

Al agregar el hielo al calormetro este cambia de estado rpidamente; esto lo notamos al agitar el agua con el termmetro. La masa del hielo utilizado fue poca por lo que no fue muy exacto el experimento. Se asume que la temperatura del hielo usado es 0 0C; para esto usamos un papel y con el tocamos al hielo como se humedeci es porque est ocurriendo cambio de estado. La masa y el volumen de hielo usado se calcula por diferencia como mtodo para minimizar el error de medicin.

CONCLUSIONES

Experimento N1

La formacin de burbujas es producto de la tensin superficial presente en las molculas de agua; las cuales al elevar la temperatura tratan de romper enlaces entre ellas para pasar al estado gaseoso. La temperatura final medida o temperatura de equilibrio est entre el mayor y menor valor de las temperaturas anteriormente medidas producto de la transmisin de calor entre las sustancias que participan, demostrando as el principio de la conservacin de la energa en el sistema. Se comprueba la presencia de un margen de error en todo desarrollo experimental.Experimento N2

Se concluye la validez del principio de conservacin de energa pues al tocar el metal inmediatamente despus de haberlo extrado del calormetro notamos que la temperatura de este es media en comparacin con las temperaturas de los cuerpos introducidos inicialmente. Al comparar las unidades del resultado del Experimento 1 con el del Experimento 2 podemos concluir que la capacidad calorfica es una propiedad extensiva (depende de la masa) a diferencia del calor especfico la cual es una propiedad intensiva (no depende de la masa). De lo anterior demostramos que cuando dos cuerpos de masa iguales reciben iguales cantidades de calor, el de menor calor especfico tiene un mayor aumento de temperatura. Al ser la capacidad calorfica una propiedad extensiva vara entre elementos del mismo material y diferente masa; en esto radica la importancia de apuntar el nmero de termo con el que trabajamos en el Experimento 1.

Experimento N3

Sabemos que la LFUSIN del H2O es tericamente 80cal/g; sin embargo, experimentalmente hemos obtenido 76,64 cal/g lo que comprueba el margen de error en todo procedimiento experimental. Se comprueba que mientras hay cambio de estado en una sustancia, esta no vara su temperatura. Se concluye que la temperatura de fusin del agua es de 0 0C.

CUESTIONARIO

1. Presente los clculos para el procedimiento experimental B de la determinacin de la capacidad calorfica del calormetro.

Tagua fra = T1 = 29C T agua caliente/calormetro = T2 = 62C Tmezcla = Tm = 46C m1 = 50g m2 = 50g

2. Llene los cuadros correspondientes 1 y 2 descritos despus de cada experiencia.

Cuadro N1 (para el experimento 1)T1T2TmCapacidad calorfica del calormetro

29C70C48C19,47cal/C

29C62C46C3,125cal/C

Cuadro N2 (para el experimento 2)Peso del metalT1T2TmCalor especficoMasa atmica

32 g30C93C55C0,115cal/g.C55,04g/mol

3. Qu relacin hay entre los calores de formacin y las electronegatividades de los elementos?4. Se prepara 2 calormetros similares, y solo se determina la capacidad calorfica de uno de ellos. Se podra decir que la capacidad calorfica de este calormetro es igual al otro? Por qu?No poseen la misma capacidad calorfica. Pues el hecho que tengan la misma capacidad calorfica depende del modelo o la forma de fabricacin de cada uno de los calormetros, es mas as hayan tenido las mismas condiciones iniciales de fabricacin siempre hay un porcentaje de error o incertidumbre, pues se puede echar milsimas de ms de un producto o milsimas menos y puesto que la capacidad calorfica depende de la masa, eso har variar las condiciones fsicas de los calormetros; por ende los calormetros tendrn diferentes capacidades calorficas.5. Con los datos obtenidos, se puede calcular el calor especfico del metal y, comparado con los de las tablas, deduzca qu capacidad calorfica es la ms ptima

Segn nuestros datos operando con el mtodo de Dulong y Petit el peso atmico que obtenemos es 55,04g/mol por lo tanto se asemeja al elemento Hierro; sin embargo, sabemos que el metal usado fue Aluminio; por lo que concluimos que hubo factores que modificaron nuestra medicin durante el experimento como la reaccin humana, la precisin en las escalas de los instrumentos utilizados, etc. De las dos experiencias hechas del primer experimento de los cuales obtenemos 19,47, 3,125 y 16,25 como capacidad calorfica deducimos que es 18 la capacidad calorfica ms ptima hallada experimentalmente puesto que se aproxima mejor al promedio utilizado.

6. Tome de las tablas el valor del calor especfico del metal para calcular el peso atmico del metal por el mtodo de Dulong y Petit y compare con el valor determinado experimentalmente.

7. Qu otro mtodos se aplica para determinar pesos atmicos de los metales aproximados?

El mtodo de Cannizzaro o mtodo del mximo comn divisor se bas en la hiptesis de Avogadro para hacer clculos precisos al medir el peso atmico, Actualmente se usa la espectroscopia de masas. El espectrgrafo de masas separa las partculas cargadas elctricamente en funcin de su masa; esto permite separar y cuantificar la masa, no solo de los elementos, sino tambin de sus istopos.

8. Entre dos calormetros iguales, uno que tiene mayor capacidad calorfica que el otro, Cul es el mejor?

Ya que tenemos dos calormetros iguales significa que tienen masas iguales, al decirnos que un calormetro tiene mayor capacidad calorfica nos estn diciendo que ese calormetro necesita mayor calor que el otro calormetro para aumentar su temperatura en un grado de su temperatura y eso mantiene constante el lquido del interior del calormetro. Es decir el que tiene mayor capacidad calorfica es mejor, pues su comportamiento tiene una tendencia a un calormetro ideal, en el cual su variacin de temperatura es nula.

9. Por qu son plateadas las paredes internas de un termo?

Un termo es un recipiente de vidrio con doble pared en la cual hay vaco entre las dos paredes, las dos superficies internas del vidrio son plateadas, esto permite que refleje las radiaciones de calor (sino fuera plateado no reflejara o reflejara en menor proporcin) por lo tanto la sustancia que se encuentra dentro del calormetro tendr siempre la misma temperatura ya que el calor que quiere salirse refleja

10. Se sabe que el vidrio es un mal conductor del calor, por lo tanto, cualquier vaso de precipitado se puede usar como calormetro sin cubrirlo con papel platinado, Es correcto esta apreciacin?

Es incorrecto, no se puede utilizar cualquier vaso de precipitado de calormetro, es cierto que el vidrio es mal conductor de calor por lo tanto reduce la cantidad de calor que se transmite al exterior por conduccin. El vidrio es transparente y eso hace que se pueda transferir calor en forma de radicacin, es por eso que se necesita un recubrimiento con papel platino.

11. Compare las capacidades calorficas especficas de los slidos, lquidos y gases y trate de dar una explicacin de las diferencias.

Este ordenamiento lo explicamos tomando en cuenta la definicin de Ce y la separacin de molculas de las sustancias. Es decir en el caso de los gases las molculas estn muy separadas por lo tanto el calor (energa en trnsito) se demora ms en distribuirse en todas las molculas para as variar su temperatura, en los lquidos las molculas estn ms juntas y se distribuye con ms rapidez, por ltimo en los slidos las molculas estn muy juntas esto permite que el calor se distribuya con mayor rapidez que en los anteriores.12. Dulong y Petit sugirieron que cuando el factor 6,4 se dividiera por el calor especfico de un metal, si el cociente no era el peso atmico conocido, entonces estaba equivocado este peso atmico Por qu la capacidad calorfica molar es una propiedad de absorcin del calor ms segura, tericamente, que la simple definicin de capacidad calorfica?

La capacidad calorfica molar es ms seguro pues es ms explcito, nos referimos a que si calculamos solo la capacidad calorfica no sabemos en que proporcin necesitamos calor para variar su temperatura, en cambio si calculamos la capacidad calorfica molar sabemos que queremos aadir calor hasta que se eleve su temperatura en 1C por mol.

13. Cul es el calor latente de fusin que obtuvo experimentalmente?

Experimentalmente se obtuvo: Lf = 76,64 cal/gr

14. Cul es el error absoluto y relativo de la determinacin?

Para Lf Lf terico= 80 cal/gr; Lf experimental = 76,64 cal/gError absoluto:Lf experimental - Lf terico = -3,36 cal/grError relativo:(Lf experimental - Lf terico) *100% = 4,2 %Lf terico

15. Por qu el hielo debe estar en la temperatura de 0c de equilibrio antes de ser aadido al calormetro?

Porque si tenemos el hielo a una temperatura menor a 0C el calor latente de fusin nos sera ms dificultoso para hallar, pues se necesitara suministrarle calor para elevar su temperatura a 0C y el calcula para hallar el calor suministrado al hielo sera ms tedioso.

16. Si el hielo estuviese inicialmente a -5C, escriba las ecuaciones de balance trmico necesarias para encontrar el calor latente de fusin.

Q ganado= Q perdidoCehielo*Mh*(0-(-5))+ CLFUSIN*(Masa del hielo)+M hielo*(tem)=Ccalormetro*(tem)+ Magua*Ce*(tem)

17. Cmo se determina el calor especfico del hielo y del agua?

Para el hielo: Colocar en el calormetro unos 150 g de agua calentada aproximadamente 10 C sobre la temperatura ambiente. Pesar el calormetro con el agua. Tapar y medir la temperatura cada minuto durante 5 minutos antes de aadir el hielo. Batir bien antes de cada medicin Preparar unos 40 g de hielo y secarlos muy bien con la toalla de papel. Inmediatamente despus de una medicin de la temperatura aadir el hielo al calormetro y continuar midiendo cada minuto hasta 5 minutos despus de medir la temperatura ms baja, tratando de batir bien la mezcla. Pesar el calormetro con el agua de nuevo y determinar con precisin la masa del hielo agregado. Realizar los clculos necesarios.

BIBLIOGRAFA

CASTELLAN, Gilbert W.FisicoqumicaMxico, Pearson Educacin, 19871057 p.

CHANG, RaymondQumicaMxico, editorial Mc Graw Hill, 1999993 p.

WHITTEN, Kenneth W.Qumica generalEspaa, editorial Mc Graw Hill, 19981121 p.

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