manual fisicoquimica i - dra. alma cota

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CD. JUÁREZ INSTITUTO DE CIENCIAS BIOMÉDICAS

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UACJ

ICB PROGRAMA DE QUÍMICA

FISICOQUIMICA I


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Universidad Autónoma de Ciudad Juárez

Instituto de Ciencias Biomédicas

Departamento de Ciencias Química Biológicas

Manual

ING. CLAUDIA AVITIA ARMENDARIZ

DRA. ALMA DELIA COTA ESPERICUETA

Cd. Juárez Chihuahua

Fecha:


4

Contenido

SEGURIDAD Y RECOMENDACIONES PARA TRABAJAR EN EL LABORATORIO ----------------------------4

SUGERENCIAS GENERALES ---------------------------------------------------------------------------------------- 7

ELABORACION DE REPORTES DE LABORATORIO ------------------------------------------------------------ 8

PRACTICA 1. EQUILIBRIO TERMICO Y DETERMINACION DE DENSIDADES ---------------------------- 12

PRACTICA 2. CALOR LATENTE DE FUSION Y SOLIDIFICACION DE LA PARAFINA ---------------------- 14

PRACTICA 3. LEY DE GASES IDEALES------------------------------------------------------------------------------18

PRACTICA 4. BALANCE DE MASA Y ENERGIA ---------------------------------------------------------------- 22

PRACTICA 5. MEDICION DEL CALOR GENERADO EN LAS REACCIONES QUIMICAS Y

DETERMINACION DE LA CAPACIDAD CALORIFICA EN LOS METALES----------------------------------- 25

PRACTICA 6. EXPERIMENTO DE CLEMENT Y DESORMES ------------------------------------------------- 30

PRACTICA 7. DETERMINACION DE LAS REACCIONES ENTRE LAS CAPACIDADES CALORIFICAS A

PRESION Y VOLUMEN CONSTANTE (Cv/CP) ------------------------------------------------------------------ 36

PRACTICA 8. DETERMINACION DE CONSTANTES DE EQUILIBRIO DE REACCIONES EN SOLUCION

ACUOSA ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 42


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RECOMENDACIONES PARA TRABAJAR CON SEGURIDAD EN UN LABORATORIO QUÍMICO.

1. Es indispensable mantener la limpieza del laboratorio en todo momento ya que esto ayuda a evitar accidentes.

2. Siempre se debe usar bata de trabajo que proporciona cierta protección contra derrames o salpicaduras de ácidos o sustancias corrosivas.

3. Es necesario conocer las sustancias que se manejan y en especial las que representan riesgos en su manejo, con el propósito de tomar las precauciones pertinentes.

4. Evite el uso de agitadores, probetas, vasos de precipitados, tubos de ensayo y material de vidrio en general con los bordes rotos o con filos cortantes.

5. Cuando se rompa material de vidrio se recomienda emplear una escoba para retirar fragmentos, nunca use directamente las manos para recogerlos. Si los fragmentos de vidrio son muy pequeños, se utiliza un trapo húmedo para que se adhieran y se tira a la basura sin tratar de sacudirlo o lavarlo para usarlo de nuevo.

6. Cuando se derrame alguna sustancia corrosiva o ácido sobre la mesa de trabajo o el piso, límpielos inmediatamente con las soluciones adecuadas al caso, evitando cualquier contacto del producto con la piel.

7. Ponga en orden el material de trabajo y dispuesto en tal forma que no obstruya sus operaciones. Guarde su material siempre limpio.

8. Nunca coloque el material de vidrio, instrumentos u otro equipo en las orillas de las mesas o anaqueles.

9. Todo frasco o envase que contenga sustancias o soluciones debe estar perfectamente etiquetado para que en todo momento pueda saberse con exactitud su contenido.

10. Fíjese donde apoya sus brazos sobre la mesa de trabajo, observe que no haya sustancias o materiales que puedan causarle algún daño.

11. Cuando mezcle productos químicos o realice experimentos los tubos de ensayo o demás recipientes manténgalos lejos de su cara, así evitará daños por posibles proyecciones o salpicaduras.

12. La dilución de sustancias corrosivas debe hacerse siempre vaciando la sustancia sobre el agua y nunca a la inversa. Las evaporaciones se hacen dentro de una campana de extracción de gases, donde el vidrio de la puerta proporcionará alguna protección.

13. Es conveniente usar careta frente a equipos de vidrio o dentro de una campana cuando hay un disolvente o destilación al vacío, o bien, frente a cualquier reacción donde haya posibilidad de que se rompa el material de vidrio, donde haya una reacción violenta, o donde se desconoce el riesgo que pueda existir.

14. Cuando se transfieran volúmenes mayores de ácidos o sustancias corrosivas es recomendable el uso de gafas protectoras, guantes de hule o neopreno para proteger las manos.


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15. Antes de manejar frascos, tubos de ensayo o instrumentos, séquese las manos para evitar que se deslicen en ellas.

16. Al manejar recipientes calientes hágalo con guantes de asbesto o amianto o bien, si son recipientes chicos, utilice pinzas de madera o de metal apropiadas para ello.

17. Cuando intente insertar un tubo de vidrio en el orificio de un tapón, sujete el tubo envuelto en un trapo seco mientras lo inserta ya que lo protegerá de cualquier rotura accidental del vidrio.

18. Cuando caiga sobre la piel ácido o sustancias corrosivas, o bien cuando desafortunadamente se encienda la ropa recuerde siempre donde se encuentra la regadera de emergencia.

19. Todos los productos inflamables o explosivos deben mantenerse alejados de los quemadores o fuentes de calor.

20. Evite guardar en su gabinete recipientes o trapos húmedos con productos inflamables o explosivos. Cuando sea necesario, guárdelos herméticamente cerrados, recuerde que al evaporarse forman mezclas capaces de causar un incendio o explosión.

21. No conecte estufas eléctricas ni otro tipo de contactos o instalaciones con las manos húmedas o parado sobre pisos húmedos ya que estos pueden ser la causa de un choque eléctrico.

22. Si sufre una quemadura química sobre la piel o membranas mucosas, lávese inmediatamente la zona afectada con grandes cantidades de agua.

23. Industrialmente ha dado buenos resultados aplicar hielo o sumergir la parte afectada en agua fría en quemaduras químicas de primer y segundo grado y aún quemaduras por calor; manteniéndola así mientras se soporte el agua fría según la magnitud de las quemaduras.

24. Cuando le caiga ácido o sustancias cáusticas a los ojos, lávelos inmediatamente con agua abundante durante 15 minutos cuando menos.

25. Durante la irrigación y para asegurarse de que el agua llega al globo ocular, separe los párpados con los dedos pulgar e índice. Para un mejor lavado se puede sumergir la cabeza en un recipiente con agua, utilizar un lavaojos o una pizeta, moviendo continuamente el ojo, después solicite atención médica.

26. El laboratorio debe de contar con señalamientos de seguridad en los que se indiquen las restricciones de fumar, comer, etc., además debe de contar con señalamientos que indiquen donde se encuentran las rutas de evacuación del laboratorio y las salidas de emergencia.

27. El personal debe de utilizar dentro del laboratorio lentes de seguridad. 28. mantener el cabello largo debidamente sujeto durante la estancia en el

laboratorio. 29. Realizar evaluaciones periódicas del equipo de seguridad del laboratorio

(Regaderas, lavaojos, extintores, etc.). 30. No intente efectuar experimentos que no se le hayan indicado. No mezcle

substancias para ver que sucede, pues puede ocurrir un accidente y ser usted uno de los lesionados.

31. No juegue ni haga bromas.


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32. Observe dónde pone el material caliente y comuníquelo a sus compañeros. Cerciórese de que está frío antes de tomarlo con sus manos.

33. Cuando caliente un tubo de ensayo, no lo apunte hacia usted o sus vecinos. Puede proyectarse su contenido.

34. Al observar el vapor o gas de un líquido, no ponga la cara sobre la boca del recipiente. Con su mano abanique el aroma.

35. Antes de usar un reactivo, lea dos veces la etiqueta para estar seguro de su contenido.

36. Los aparatos o recipientes en los que haya desprendimientos gaseosos, no deben cerrarse herméticamente, pues las presiones formadas pueden hacerlos explotar.

37. Los tubos de ensayo no se deben calentar por el fondo, sino por las paredes, para evitar la expulsión de su contenido.

38. Cuando se inflaman líquidos contenidos en matraces o vasos, tape la boca de éstos con un vidrio de reloj o con una cápsula. Actúe con calma. Observe la localización del extinguidor, por si hay que usarlo.

39. No arroje cuerpos sólidos, en los canales o lavabos. 40. El ácido nítrico, lo mismo que otros ácidos, corroe las tuberías, por lo que

antes de verterse, deberá diluirse y neutralizarse. 41. Nunca ponga substancias directamente en los platillos de las balanzas. Pese

sobre los vidrios de reloj o en recipientes especiales. Los líquidos se pueden pesar en probetas o matraces.

42. Nunca caliente probetas, matraces aforados o botellas , ya que se rompen fácilmente.

43. Cuando interrumpa un experimento, póngale membretes con leyendas apropiadas a los frascos y matraces que contengan substancias; así no le será difícil el identificarlos.

44. Familiarícese con la operación de la campana de humos y úsela para todas las reacciones en que se manipulen vapores tóxicos o corrosivos.

45. Los aparatos calientes deben manejarse con cuidado y deben usarse para ello pinzas u otros utensilios adecuados.

46. Los reactivos corrosivos, como ácidos y álcalis fuertes, deben manejarse siempre con precaución, especialmente cuando están con concentrados o calientes.

47. Al operar con sustancias inflamables es necesario asegurarse siempre, antes de abrir le frasco, de que no hay llamas próximas, y esta precaución ha de guardarse todo el tiempo que el frasco permanezca abierto.

48. En caso de heridas, quemaduras, etc. Infórmese inmediatamente al profesor. 49. Al terminar la sesión de laboratorio la mesa deberá quedar limpia y sin

aparatos innecesarios, y las llaves del gas deben dejarse cerradas. 50. Identifica el lugar donde se localiza el extinguidor, control maestro eléctrico,

llave del tanque de gas, regadera, lavaojos, botiquín y equipo de manejo para derrames de sustancias químicas.


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SUGERENCIAS GENERALES. En el laboratorio es necesario obtenerse a ciertas reglas de conducta, de cuyo cumplimiento dependen el orden del trabajo y la comodidad de todos. Además, la experiencia ha demostrado que existen ciertos métodos de trabajo cuyo uso es esencial en el laboratorio, muchas de estas reglas y métodos se adoptan sin esfuerzo, pero esto puede no ser así al principio. A continuación se relacionan ciertas advertencias que deben releerse de vez en cuando, a medida que avanza el trabajo experimental: 1ª. Los abrigos y demás prendas personales no deben dejarse sobre las mesas de laboratorio; tampoco debe haber sobre ellas muchos libros. Ello quita espacio para trabajar adecuadamente; además la ropa y los libros pueden estropearse con los reactivos. 2ª. Solo deben estar sobre las mesas los aparatos que se estén usando. 3ª. Los aparatos y las mesas han de mantenerse limpios. 4ª. Los frascos de reactivos deben colocarse en su sitio inmediatamente después de usarlos. 5ª. Los reactivos que se hayan sacado del frasco y no se hayan usado no deben verterse de nuevo en aquellos, puesto que todo el contenido puede contaminarse. Por consiguiente, las cantidades de reactivos que se saquen de los frascos no deben exceder de las necesarias para los experimentos. 6ª. Los frascos de la colección general de reactivos no deben llevarse a las mesas. Cuando se necesitan, se vierte la cantidad requerida de reactivo en un recipiente adecuando, haciendo esto en la mesa ocupada por la colección general. 7ª. Las materias sólidas inservibles, como cerillas, papel de filtro, etc. y los reactivos insolubles en el agua deben depositarse en un recipiente adecuado y, en ningún caso, en la pila.


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REPORTES DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO.

A efecto de poner en contacto al alumno con los reportes de trabajo experimental, todos los reportes deberán contener los siguientes incisos o capítulos:

PORTADA:

En la parte superior, centrado y con mayúsculas en dos renglones consecutivos:

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ

INSTITUTO DE CIENCIAS BIOMÉDICAS

PROGRAMA DE QUÍMICA

Al término del primer tercio de la hoja, centrada la leyenda: REPORTE DE

LABORATORIO


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En el tercio medio de la hoja, centrado y con mayúsculas, la leyenda

“PRÁCTICA No.”, seguido del Nombre de la práctica. Separado de dos o tres

espacio, en mayúsculas también y centrado el título de la práctica.

En el último tercio de la hoja, centrado el nombre de la Asignatura. En el

siguiente renglón, el nombre del maestro.

Al final de la portada, justificados al lado derecho el nombre completo y número

de control del alumno que elaboro el reporte. También se incluye la fecha.

ÍNDICE:

Enlistar todos los capítulos y subcapítulos del reporte, con número de página.

INTRODUCCIÓN:

Se debe escribir en forma breve, proporcionando únicamente la información que

permita al lector entender la naturaleza y justificación del problema.

Se incluye la revisión bibliográfica, que es presentada en forma de ensayo. Debe

contenerlos temas relacionados con la práctica, y los trabajos previos publicados

empezando por generalidades y conduciendo gradualmente al planteamiento de

la práctica y a la forma como ésta contribuirá al acervo de conocimiento en el

área respectiva.

Las citas bibliográficas serán señaladas por el primer apellido del autor seguido

del año de la publicación entre paréntesis.


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OBJETIVOS: Indican lo que se desea alcanzar.

MATERIALES:

Aquí se deben de indicar los reactivos, así como especificaciones del equipo y

material utilizado.

MÉTODOS:

Se expondrá la estrategia experimental y el diseño experimental efectuado, así

como las técnicas que se utilizaron citando las referencias respectivas. En el

caso de técnicas que no sean de dominio general puede ponerse una breve

explicación sobre el principio del funcionamiento de la técnica, además de la

descripción que permita a otra persona repetir esta etapa experimental.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN:

Cada resultado que se presente debe ir acompañado de una discusión completa

y clara. Los resultados deben acompañarse de una discusión. Las tablas y

figuras deben ir intercaladas y deben ser citadas en el texto. No debe reportarse

un mismo resultado más de una vez y hay que elegir la forma más ilustrativa y

clara de reportarlo (ya sea tabla, figura, diagrama, etc.).

La discusión no debe ser una descripción que repita lo que dice la tabla o figura

respectiva, sino que debe ser la INTERPRETACIÓN del resultado, indicando su

relevancia, su concordancia con lo esperado de acuerdo a las teorías vigentes o,

en caso de no coincidir, las posibles razones de dicha discrepancia.


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CONCLUSIONES:

Presente las conclusiones derivadas del trabajo y la importancia de éstas. Puede

iniciarse con un párrafo que resuma las características principales de la

investigación realizada. Es preferible redactar en forma continua y no sólo

enlistar las conclusiones. En las recomendaciones debe señalarse la posibilidad

de continuar en la investigación proponiendo otros proyectos que pudieran

derivarse del presente.

BIBLIOGRAFÍA:

Reportar toda la bibliografía citada en el texto siguiendo el orden alfabético.

a).- Artículos: Apellido del (los) autor (es) seguido de las iniciales del nombre y el

segundo apellido respectivamente, año (entre paréntesis), nombre del artículo,

nombre de la revista (puede utilizar las abreviaturas autorizadas), volumen y

número (subrayados) y número de las páginas.

b).- Libros: Apellido del (los) autor (es) seguido de las iniciales del nombre y el

segundo apellido respectivamente, año (entre paréntesis), título del capítulo o

sección, nombre del libro, editorial, edición, ciudad y número de páginas.

c).- Patentes: Nombre del autor (es) o de la compañía propietaria de la patente,

año (entre paréntesis), título de la patente, número de patente y país.

d).- Comunicaciones personales: Apellido e iniciales, año (entre paréntesis

comunicación personal) e Institución.


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e).- Ponencias: Apellido e iniciales del autor (es), año (entre paréntesis), título de

la ponencia, nombre del congreso o evento en donde se presentó, institución o

sociedad organizadora del evento y lugar.

PRÁCTICA NO. 1

EQUILIBRIO TÉRMICO Y DETERMINACIÓN DE DENSIDAD

OBJETIVOS:

Practicar los conocimientos adquiridos en la teoría sobre la Ley del Equilibrio

Térmico.

Obtener experimentalmente la densidad de las sustancias.

MATERIAL:

1 Base de varilla soporte

1 Soporte de rejilla

1 Rejilla de amianto

1 Pinzas

1 Mechero

Vasos de precipitado de 250 ml (2) y 100 ml (2)

1 Termómetro de 110 ºC

1 Cronometro


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1 Pipetas de 10 ml

1 Porta pipetas

Balanza

REACTIVOS:

Agua destilada

Aceite

PROCEDIMIENTO:

A: Buscando el equilibrio

1. Colocar 50 ml de agua y aceite en cada uno de de los vasos de precipitado y calentarlo hasta que alcance una temperatura de 60 ºC.

2. Retirar inmediatamente del calor y tomar la temperatura cada minuto hasta que sea constante.

3. Registrar en una tabla los datos de temperatura contra tiempo y hacer su gráfica.

4. Determinar en cuanto tiempo se alcanzó el equilibrio. 5. Explicar la ley de la termodinámica sobre el equilibrio térmico.

B: Medición de densidad

1. Obtener el peso de un vaso de precipitado de 100 ml. 2. Añadir 10 ml de agua y volver a tomar su peso para obtener la masa del

agua. 3. Repetir pasos 1 y 2 con aceite.


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4. Determinar la densidad del agua y aceite y reportarla en kilogramo/litro, gramo/mililitro, miligramo/litro y partes por millón.

5. Determinar cual de las dos sustancias tiene mayor densidad. 6. De todas las muestras de aceite evaluadas en la práctica explicar

diferencias en densidad.

PRACTICA NO. 2

CALOR LATENTE DE FUSIÓN Y SOLIDIFICACIÓN DE LA PARAFINA

OBJETIVOS

Determinar la temperatura de fusión de la parafina a una atmósfera de

presión

Observar el comportamiento de la temperatura en el cambio de fase de la

parafina

Determinar el calor proporcionado por la fuente de energía (mechero)

MATERIAL

Balanza

Base de varilla soporte

Soporte de rejilla


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Rejilla de amianto

Pinza de bureta

Mechero

Un tubo de ensayo

Tapón bihoradado

Vaso de precipitado de 600 ml

Termómetro de 110 ºC

Cronómetro

Varilla para agitar

REACTIVOS

Parafina

Agua


Laboratorio de Fisicoquímica I

ING. CLAUDIA AVITIA ARMENDÁRIZ

PROCEDIMIENTO

1. Registre la temperatura ambiente. 2. Pesar el tubo de ensaye vacío. 3. Llene aproximadamente 1/3 del tubo de ensaye con la parafina sólida, la

cual debe encontrarse reducida en pequeños trozos. 4. Pesar el tubo de ensaye con la parafina y calcular el peso de ésta por

diferencia. 5. Tape el tubo de ensaye con el tapón bihoradado. Introduzca el

termómetro de tal manera que el bulbo de mercurio esté inmerso totalmente en la parafina.

6. Caliente al baño maría hasta una temperatura de 30 oC utilizando un vaso de precipitado de 600 ml.

Nota: El calentamiento debe ser suave y constante.

7. Introduzca el tubo de ensaye con la parafina en el baño a 30 oC y empezar a tomar el tiempo con la ayuda de un cronómetro.

8. Registre la temperatura de la parafina cada minuto. 9. Observe en todo momento el estado de agregación de la parafina y

registre la temperatura y el tiempo exacto cuando aparece la primera gota de parafina líquida.

10. Observe el comportamiento de la temperatura en el cambio de fase (sólido a líquido) de la parafina.

11. Registre el tiempo exacto cuando la parafina se convirtió totalmente a líquido.

12. Continue calentando la parafina líquida hasta que aumente 10 oC, tomando el tiempo

13. Retire del fuego y continue registrando la temperatura y tiempos paralelamente

14. Registre la temperatura en que el líquido se empieza a solidificar y el tiempo exacto

15. Observe que ocurre con la temperatura cuando se lleva a cabo el cambio de fase (líquido a sólido).

RESULTADOS

Confeccione una tabla con los datos obtenidos y construya un gráfico de

temperatura contra tiempo.

Analice los resultados obtenidos y diga:

1. ¿Cuál es el punto de fusión que se encontró para la parafina?




2. ¿Cuál es el punto de solidificación que se encontró para la parafina? 3. ¿A que conclusión se llega cuando analiza el gráfico que ha construido? 4. Determinar el calor de la fuente de energía (mechero) 5. Determinar el calor latente de fusión de la parafina 6. Determinar el calor latente de solidificación de la parafina 7. Reporte los resultados de calor latente en cal, Joules, cal/gr parafina, J/lb

de parafina.

PRÁCTICA NO. 3

LEY DE GASES IDEALES

OBJETIVOS

Encontrar la relación Presión, Volumen y Temperatura (P-V-T) para el

CO2.

MATERIAL

Base de varilla soporte

Soporte de rejilla

Rejilla de amianto

Mechero

Un tubo de ensayo

Tapón horadado

Cristalizador

Termómetro de 110 ºC




Cronómetro

Probeta de 50 ml

Pipeta de 1 ml

Portapipeta

REACTIVOS

Alkaseltzer

Agua




PROCEDIMIENTO

16. Montar el dispositivo experimental tal y como lo muestra la Figura 1.

17. Se toma una probeta de 50 mL y se llena de agua

18. Se voltea la probeta cuidadosamente en el cristalizador el cual contiene

agua a un nivel aprox. de tres cuartas partes. Asegurarse que no se

introduzcan burbujas de aire.

19. Se introduce un gas que puede ser CO2, H2, O2, aire, etc. En nuestro caso

prepararemos CO2, en un tubo de ensayo que tiene un tapón horadado,

conectado con una manguera a la probeta.

20. Se pone en el tubo de ensaye un octavo de la tableta de alkaseltzer, y se

le agrega 1 mL de agua.

21. Tapar inmediatamente el tubo.

22. El gas CO2 producido, entrará a la probeta, cuidando que se llene a la

mitad de su capacidad.

23. Terminada la operación se retira la manguera de CO2. En este momento

el sistema se encuentra listo para realizar el experimento.

24. La probeta de 50 mL debió atrapar 25 mL de gas CO2 aproximadamente.

25. Se incrementa la temperatura con el mechero hasta expandir el gas

hasta un volumen de 49 mL aprox. a

26. Se registra la temperatura y el volumen.

27. Se retira el mechero y se deja enfriar el sistema.

28. Registre los valores experimentales de volumen y temperatura cada

minuto por 15 minutos.

RESULTADOS




Presente una tabla con los datos obtenidos y construya un gráfico de Volumen

contra Temperatura.

Analice los resultados obtenidos y diga:

8. ¿Cómo se explica el comportamiento del volumen observado al

incrementar la temperatura?

9. ¿Calcular la presión para cada estado termodinámico, con los diferentes

pares de temperaturas y volúmenes medidos?

Figura 1. Diagrama experimental. Práctica de Gases Ideales.




PRÁCTICA NO. 4

BALANCE DE MASA Y ENERGÍA

OBJETIVOS

Determinar Flujo másico, volumétrico y molar del agua en las llaves de

laboratorio

Obtener balance de masa

MATERIAL

Probeta de 500 mL.

Manguera

Regla

Cronómetro

Vaso de precipitado de 1litro

REACTIVOS

Agua




PROCEDIMIENTO

Experimento No. 1

29. Conectar la manguera en la llave de agua 30. Abrir la llave y mantener un flujo del liquido constante 31. Colocar la manguera en la probeta de 500 mL. 32. Llenarla hasta los 500 mL. 33. Registrar el tiempo exacto que tardo en llenarse la probeta. 34. Repetir los pasos anteriores 3 veces mas.

Resultados

Con los datos obtenidos experimentalmente determine

a. El flujo volumétrico, flujo másico y flujo molar

Flujo volumétrico = volumen / tiempo

Flujo Másico = Flujo volumétrico * Densidad del liquido

Flujo molar = Flujo Másico / Peso Molecular del liquido

Experimento No. 2

1. Coloque la regla de manera vertical por fuera del vaso de precipitado de un litro, de manera que pueda tomar las lecturas.




2. Colocar la manguera del agua dentro del vaso de precipitado y empiece a llenarlo, con ell mismo flujo del experimento 1.

3. Tomar la altura y el tiempo en tres puntos diferentes 4. Determinar la masa del sistema en los tres tiempos diferentes por medio

de una ecuación diferencial y con los valores experimentales 5. Comprobar que los valores obtenidos deben ser iguales tanto

experimental como teóricamente.

Resultados

b. Definir el tipo de sistema c. Confeccione una tabla como se muestra a continuación.

TIEMPO ALTURA VOLUMEN

MASA SOLUCIÓN DE LA

ECUACIÓN

DIFERENCIAL

t1 h1 V1 M1 exp M1 teórica






PRÁCTICA NO. 5

MEDICIÓN DE CALOR LIBERADO EN REACCIONES QUÍMICAS Y

DETERMINACIÓN DE CALOR ESPECÍFICO DE METALES

OBJETIVOS

Determinar el calor absorbido por el agua al general una reacción

química.

Determinar el calor específico de diferentes metales.

MATERIAL

1 Termómetro

6 tubos de ensaye

Gradilla

Balanza

Pipeta

Portapipeta

2 vasos de nieve seca

Tapadera para los vasos




Espátula

REACTIVOS

Agua destilada

HCl

Aluminio

Fierro

Cobre

Zinc

Magnesio

Estaño

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CD. JUÁREZ INSTITUTO DE CIENCIAS

BIOMÉDICAS



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PROCEDIMIENTO

Parte 1. MEDICIÓN DE CALOR LIBERADO EN REACCIONES QUÍMICAS

Elaboración del calorímetro

Colocar un vaso sobre otro, para no permitir la liberación de calor, diseñar una tapadera de tal manera que solo contenga dos orificios, uno del tamaño del termómetro y el otro del tubo de ensaye.

Parte experimental

1. Colocar en el calorímetro ¾ de agua destilada aproximadamente y obtener su masa

2. Tapar el calorímetro con la tapadera confeccionada anteriormente y colocarl el termómetro

3. Tomar la temperatura inicial del agua. 4. Colocar el primer tubo de ensaye con un metal, previamente pesado. 5. Adicionar de 2 a 3 mL. de Ácido Clorhídrico 6. Dejar pasar un tiempo para que se lleve acaba la reacción. 7. Anotar la temperatura final del agua al terminarse la reacción 8. Repetir los pasos anteriores dos veces mas, pero dejando pasar

diferentes tiempos. 9. Repetir los procedimientos anteriores para cada uno de los metales.

Resultados

Con los datos obtenidos confeccione una tabla como se muestra continuación, para determinar el calor absorbido por el agua en cada una de las reacciones.

Diga si la reacción fue endotérmica o exotérmica para cada uno de los casos


BIOMÉDICAS



28

Reacción T Inicial

del H20

T final del

H2O

Cp del H2O Masa del

H2O

Calor

HCL + Al

HCL +

Fe

HCL +

Cu

HCL +

Zn

HCL +

Mg

HCL +

Sn

Parte 2. DETERMINACIÓN DE CALOR ESPECÍFICO DE LOS METALES

1. Utilizar las reacciones del experimento anterior. 2. Lavar los metales. 3. obtener el peso del metal una vez terminada la reacción, para

determinar la masa su masa. 4. Determinar el Calor específico de cada Metal una vez que se ha llevado

una reacción química.

Resultados

Determinar el Calor específico en Cal/gr oC y J/Kgr oK. Mediante la formula de:

Cp = (diferencia de masas) * (CE)


BIOMÉDICAS



29

NOTA: Hacer un resumen acerca de los tipos de calorímetros mas comunes (a

p y v constante), describiendo para que fin es mas adecuado cada uno de ellos.


BIOMÉDICAS



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PRÁCTICA NO. 6

Experimento de Clement y Desormes DISEÑO DE EQUIPO EN BASE EN ARTÍCULO

OBJETIVO: Medir el radio de calor específico del aire a presión constante y

volumen constante de acuerdo al método de Clement y Desormes.

MÉTODO: Una masa de aire seco a presión pequeña está encerrada en una

vasija larga teniendo una válvula de gas hermético. La válvula se abre por un

instante permitiéndole a la presión “volverse atmosférica” y causando que la

temperatura sea reducida. Posteriormente la válvula es cerrada, el gas calienta

la temperatura del cuarto y la presión aumenta. Del conocimiento de la presión

inicial y de la final, se obtiene el radio del calor específico.

TEORíA: Considerando una masa de gas encerrada a una presión P1 lo que es

un poco más grande que la presión atmosférica P0


BIOMÉDICAS



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Fig. No.1. Presión P1 del gas en la vasija medido en términos de diferencia

en pesos de un manómetro de la columna.

La presión P1 es medida por la diferencia de alturas h1 de las dos columnas de

un manómetro conteniendo un líquido de densidad d 3cmgr , entonces

P1= P0 + h1dg (1)

donde ambos P1 y P0 son medidos en dinas por cm2. La temperatura inicial del

gas es t ºC, i.e., la temperatura del laboratorio. Suponiendo que

momentáneamente se abriera una válvula de gas permitiendo llegar a la

presión atmosférica P0. El cambio de presión toma lugar tan rápidamente que

no hay transferencia de calor del cuarto al exterior y se dice que la expansión

es puramente adiabática. El gas comprimido en la vasija tiene que hacer algún

trabajo forzando que algo de gas salga de la vasija durante la expansión.

Inmediatamente después de cerrar la válvula la temperatura del gas que queda

en la vasija es abajo de la temperatura del cuarto, la presión incrementa a P2

dada por

P2 = P0 + H2dg (2)

donde h2 es la diferencia en pesos del manómetro de columnas.

Dejemos V1, V0 y V2 denominarlo inicial, intermedio y volumen final de unidad

de masa del gas en la vasija, y en cada caso se considera la misma masa de

gas. Si la expansión del estado inicial, presión P1 volumen V1, del estado

intermedio, presión P0 volumen V0, es adiabático, la presión y volúmenes son

relacionados por la equivalencia.

P1V1´ = P0V0´ (3)


BIOMÉDICAS



32

donde es el radio del calor específico del gas a presión y volumen constante

respectivamente. Desde el gas en el inicio y estado final está a la misma

temperatura, la relación entre las presiones y volúmenes son dadas por la ley

de Boyle, o

P1V1 = P2V2 (4)

Ahora V2 = V0 desde entonces es la misma masa de gas en el envase en los

estados intermedio y final. Para encontrar la relación existente entre y las

presiones variantes es necesario eliminar los volúmenes variantes V0, V1, V2 en

las equivalencias (3) y (4).

En la equivalencia (4), aumentando ambos lados de la ecuación al mismo

poder , entonces

(V1/V2)´ = (P2/P1)´ (5)

En equivalencia (3) en el hecho que V2 = V0

(V1/V2)´ = P0/P1 (6)

(P2/P1)´ = P0/P1 (7)

ó


BIOMÉDICAS



33

y = log (P0/P1) / log (P2/P1) (8)

Si las presiones variantes no difieren mucho de la atmosférica, entonces las

expresiones para pueden ser simplificadas. Substituyendo las expresiones

para P0 y P2 de (1) y (2) en equivalencia (7), de la siguiente manera:

[P1 – (h1 – h2)dg / P1]´= P1 – h1dg / P1 (9)

ó

[1 – (h1- h2) dg/P1]´ = 1 – h1 dg/P1 (10)

Si (h1 – h2) dg/P1 es pequeñamente comparada a la unidad que es al cuadrado

puede ser descuidada, el miembro izquierdo de la equivalencia (10) puede ser

reemplazado por los primeros dos términos en la expansión binominal de la

expresión. Equivalencia (10) entonces se convierte

1 – y (h1 – h2) dg /P1 = 1 – h1dg/P1 (11)

y = h1 / h1 – h2 (12)

APARATOS: El aparato consiste esencialmente en un frasco Pirex en el cual lo

de arriba es plano, una cubierta de plato de metal con una manguera y un


BIOMÉDICAS



34

manómetro con luz de aceite o xylo como el líquido indicado, un tubo de 3

caminos o de T y una pequeña bomba de aire. Una pequeña cantidad de algún

aceite seco se necesita en el frasco para eliminar cualquier vapor de agua

presente en la atmósfera. Grasa para cocinar y una pequeña vuelta en un

tornillo con un corcho de caucho en una salida se necesita para sellar

herméticamente entre el tope del frasco y el plato. Se necesita un soporte para

detener el frasco.

Fig. No.2. Aparato para determinar el radio específico de calor en aire.

PROCEDIMIENTO: Poner una pequeña cantidad del agente seco en el frasco

y poner los aparatos. Poner la grasa para cocinar o suplemento sobre la

porción en el tope del envase y deslice el plato sobre la parte del piso varias

veces hasta que se distribuya la grasa. Poner la pequeña barra así el corcho

presionará firmemente en el plato. Bombea una pequeña cantidad de aire en el

frasco y quita la conexión con las pinzas. La diferencia en el nivel del líquido en

el manómetro debe ser 15 cm. Asegura el aire en el frasco para estar seguro

que no se escape el aire. Si se escapa aire, ajusta la barra y el corcho otra vez.


BIOMÉDICAS



35

Después de estar seguro que no hay fuga, lee el manómetro y determina h1. El

frasco esta ahora abierto momentáneamente a la atmósfera. Deslizar el plato

de metal a ambos lados y regresarlo. La abertura del frasco debe ser lo mas

larga posible y la operación realizada debe ser rápida y cuidadosa, reemplazar

la barra y el corcho.

Después de un rato la temperatura alcanza a la temperatura del cuarto. Graba

la diferencia en la altura h2 de los dos brazos del manómetro, si la presión del

aire comienza a caer, significa que hay una fuga en el aparato y debe repetirse

el experimento.

De las alturas h1 y h2 y equivalencia (12) calcular el valor de . Si la presión P1

a excedido por mucho la presión atmosférica entonces es necesario usar la

equivalencia (8).

PREGUNTAS:

1. Dibuja una gráfica típica en la relación entre presión y volumen para el caso de gas comprimido (a) isotérmico; (b) adiabático. ¿Cuál de las dos gráficas excede?

2. Si durante el curso del experimento puede cambiar la presión atmosférica, ¿podría ser legítimo usar equivalencia (12) para calcular ?

3. Si el aire en el frasco contiene vapor de agua, ¿podría el valor de para

esto ser mayor o menor que el valor de para el aire seco?

4. ¿Por qué es necesario que el frasco sea momentáneamente abierto a la atmósfera?

5. Si Cp y Cv son capacidades térmicas por gramo de molécula de un gas a presión y volumen constante respectivamente, ¿cuál sería la diferencia Cp – Cv? Dar la explicación y derivación de la ecuación dada por Cp – Cv.




PRÁCTICA NO. 7

DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN ENTRE LAS CAPACIDADES

CALORÍFICAS A PRESIÓN Y VOLUMEN CONSTANTE (Cp Y Cv)

INTRODUCCIÓN TEÓRICA:

Se define por capacidad calórica, la cantidad de calor (Q) absorbida por

una sustancia en un intervalo de temperatura dado. Según las condiciones de

trabajo en que se mida esa cantidad de calor, tenemos (Cp) Capacidad calórica

a presión constante y (Cv) Capacidad calórica a volumen constante. Las mismas

se expresan en unidades de energía, masa y temperatura.

Qp = Cp T Qv = Cv T

Para los gases ideales se cumple que a temperatura constante:

Cp – Cv = R

Donde el valor de Cp es mayor que el valor de Cv, debido a la energía extra que

se utiliza en la expansión del gas producto de la variación de volumen. De

acuerdo con lo anteriormente planteado la relación Cp/Cv siempre será mayor

que uno y constituye una constante (Gamma) que caracteriza a una sustancia,




independiente de las unidades en que se expresan las capacidades caloríficas

respectivas, para un intervalo de temperatura dado.

OBJETIVOS

Determinar experimentalmente el valor de la constante Gamma (Cp/Cv)

para el aire, según el método de Clement y Desormes.

Gamma = h 1 ….

( h1 - h2 )

MATERIAL




1. Matraz que contiene aire 2. Tapón 3. Llave o válvula 4. Manómetro

5. Bomba 6. Tapadera 7. Manguera

Figura 1: Aparato para determinar la relación entre Cp y Cv. Por el método de

Clement y Desormes

4

5

3

7

2

1

6




REACTIVOS

Vaselina

Desecante

Aire

Agua

Colorante

PROCEDIMIENTO

Parte experimental

10. Montar el aparato como se muestra en la figura 1. 11. Colocar una pequeña cantidad de desecante en el matraz 12. Poner una porción pequeña de vaselina en la parte inferior de la tapadera 13. Deslizar la tapadera algunas veces hasta lograr la distribución de la

vaselina equitativamente. 14. Bombear un poco de aire al matraz 15. Esperar un tiempo adecuado hasta que los meniscos del manómetro se

estabilicen 16. Cortar la conexión a la bomba con una válvula 17. La diferencia en el nivel del líquido en el manómetro debe ser

aproximadamente de 15 cm. 18. Dejar que el aire en el matraz se ponga a temperatura ambiente y

asegurarse de no dejar escapar aire. 19. Si el aire esta escapando repetir los pasos anteriores. 20. Después de asegurarse de que no hay fuga, leer el manómetro. 21. Determinar “h1”. 22. Abrir el matraz momentáneamente a la atmósfera, levantando el tapón y

deslizando el plato por aproximadamente 5 segundos. 23. Colocar de nuevo el tapón en el plato, después de un corto tiempo la

temperatura del gas se elevará a temperatura ambiente y la presión dejará de subir.




24. Registrar la diferencia de altura “h2” en el manómetro. 25. Repetir el experimento 20 veces. 26. Si la presión del aire empieza a bajar, significa que hay una fuga en el

aparato y hay que repetir el experimento.

RESULTADOS

Con los datos obtenidos confeccione una tabla como se muestra continuación

Experimento “ h1 “ “ h 2 “

Gamma

1

20

Confeccionen histograma donde se grafiquen los valores de Gamma en el eje de las x, y las frecuencias correspondientes en el eje de las y. La frecuencia es el número de veces que se repite el valor de Gamma.

Calcular el valor promedio de los veinte valores de Gamma obtenidos.

Analizar la distribución de Gamma en el histograma, respecto al valor medio obtenido.




PRÁCTICA NO. 8

DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO DE LA REACCIÓN

I3- I- + I2 EN SOLUCIÓN ACUOSA.

OBJETIVO

Determinará la constante de equilibrio de la reacción I3- I- + I2 para soluciones

de diferente concentración sin error.

MATERIAL

1 Matraz aforado de 250 ml.

2 pipetas de 5 ml.

3 Probetas de 25 ml.

2 buretas de 25 ml.

6 Matraces Erlenmeyer de 250 ml.

3 Vasos de precipitado de 250 ml.

2 Vidrios de reloj

2 Agitadores de vidrio

2 Soportes Universales

1 Pinza para bureta

1 Embudo de tallo largo




SUSTANCIAS




Tetracloruro de carbono

Acetona

Iodo

Ioduro de potasio

Tiosulfato de sodio

Almidón

PROCEDIMIENTO

Preparar 250 ml. de una solución aproximadamente 0.01N de tiosulfato de sodio.

Colocar 20 ml. de tetracloruro de carbono saturado con iodo, agregar otros 20 ml. de

tetracloruro de carbono, colocarlo en un matraz aforado de 250 ml. y adicionarle 200

ml. de agua destilada y agitar durante 40 minutos hasta que su contenido alcance el

equilibrio; déjese reposar 10 minutos y termínese de aforar, espere a que las capas se

separen.

Sacar con una pipeta 100 ml. de la fase acuosa, transfiriéndolos al matraz Erlenmeyer

que contendrá unos gramos de ioduro de potasio, valorando a continuación con la

solución de tiosulfato de sodio. Añadir la solución de almidón al 2% justamente antes

del punto final. Con los resultados obtenidos, calcular el coeficiente de reparto

utilizando la ecuación indicada.

Para la determinación de la constante de equilibrio realizar lo siguiente: preparar unos

250 ml. de una solución patrón aproximadamente 0.1N de ioduro de potasio, colocar 20

ml. de iodo de tetracloruro de carbono y 100 ml. de solución 0.1 N de ioduro de potasio

en un matraz aforado de 250 ml. agitar durante 40 minutos para conseguir el equilibrio,

esperar 10 minutos hasta que las capas se separen (preparar las otras mezclas

durante este tiempo como se describe abajo).




Extraer 25 ml. de la capa acuosa y 5 ml. de la capa de tretracloruro de carbono,

valorándola con la solución de tiosulfato de sodio, mediante la dilución de la solución

0.1N del ioduro de potasio y utilizando una pipeta preparar 100 ml. de cada una de las

soluciones patrones 0.05 N y 0.025 N de ioduro de potasio, repitiendo el proceso

anterior con cada una de estas soluciones, utilizando una porción recién preparada de

20 ml. de solución saturada de iodo en tetracloruro de carbono para cada

concentración.

NOTA:

Para saber la concentración real de la solución de tiosulfato de sodio, disolver en 2 gr.

de ioduro de potasio en 5 ml. de agua destilada, esperar que la solución adquiera la

temperatura ambiente, añadir a ésta 0.13 gr de iodo pesando exactamente y a la mayor

brevedad posible y diluir el contenido a 100 ml., valorar porciones de 25 ml. de ésta

solución con tiosulfato de sodio preparada anteriormente, empleando solución de

almidón al 2 % como indicador; agregándolo cuando se crea que se va a llegar al punto

final.

RESULTADOS

Determinar la constante de distribución (Kd)

Determinar la constante de equilibrio de la reacción (Ke)

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