UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA

LABORATORIO DE TERMODINAMICA I

CALORIMETRIA

Integrantes: Betancourt Monica

Domingues Samanta Usiña Karina

Villamarin Estefania

Ayudante de Cátedra: Pablo Londoño

Tercer Semestre

Paralelo 1

RESUMEN

Se encontró el equivalente térmico de un calorímetro mediante un experimento con mezcla de agua fría y caliente y se conoció los tipos de calorímetros y sus utilidades para lo cual se dispuso del equipo necesario, en un primer paso se colocó una cantidad determinada de liquido a temperatura ambiente paralelamente se llevo a baño maría otra cantidad de liquido hasta alcanzar la temperatura deseada estas dos cantidades de liquido se las mezclo hasta obtener datos temperatura en función del tiempo. Se cálculo el equivalente térmico .

Se concluyo que se encontró el equivalente térmico de un calorímetro mediante un experimento con mezcla de un liquido frío y un liquido caliente.

DESCRIPTORES:EQUIVALENTE_TERMICO/CALORIMETRO/TEMPERATURA/

TEMPERATURA_FUNCION_TIEMPO

Práctica # 1 CALORIMETRIA EQUIVALENTE TERMICO DEL CALORIMETRO

1. OBJETIVO 1.1 Encontrar el equivalente térmico de un calorímetro mediante un experimento con mezcla de agua

fría y caliente. 1.2 Conocer los tipos de calorímetros y sus utilidades. 2. TEORÍA 2.1 Concepto y unidades de calor.

¨El calor es un concepto utilizado principalmente por la física y la química. Se define como una energía relacionada con el movimiento de átomos y moléculas de la materia; más adelante veremos la definición técnica en términos de calorías o Joules.

La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional de Unidades es la misma que la de la energía y el trabajo: el Joule.

Otra unidad ampliamente utilizada para medir la cantidad de energía térmica intercambiada es la caloría (cal), que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua para elevar su temperatura 1 °C. Diferentes condiciones iniciales dan lugar a diferentes valores para la caloría.¨¨(1)

2.2 Calorimetría.

¨¨La calorimetría es la ciencia de medir el calor de las reacciones químicas o de los cambios físicos. El instrumento utilizado en calorimetría se denomina calorímetro. La palabra calorimetría deriva del latino "calor". El científico escocés Joseph Black fue el primero en reconocer la distinción entre calor y temperatura, por esto se lo considera el fundador de calorimetría.¨(2) 2.3 Tipos de calorímetros. ¨¨Los calorímetros pueden ser :

no estáticos Dryload calorimeter microcalorímetro calorimetro de flujo calorímetro adiabático calorímetro de cambio de estado ¨(3)

2.4 Ley de la conductividad térmica de Fourier

¨¨La conducción térmica está determinada por la ley de Fourier. Establece que la tasa de transferencia de calor por conducción en una dirección dada, es proporcional al área normal a la dirección del flujo de calor y al gradiente de temperatura en esa dirección. Para un flujo unidimensional de calor se tiene:

Ec 2.4-1

Donde:

es la tasa de flujo de calor que atraviesa el área A en la dirección x (o ) es una constante de proporcionalidad llamada conductividad térmica es la temperatura.

el tiempo.

Para un flujo tridimensional en un medio isótropo, la ley de Fourier expresa que el flujo de calor viene dado por:

º ¨(4) Ec 2.4-2

2.5 Capacidad calorífica.

¨¨Forma menos formal es la energía necesaria para aumentar una unidad de temperatura (SI: 1 K) de una determinada sustancia, (usando el SI).1 Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que la de un vaso de agua. En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión.¨¨(5) 3. PARTE EXPERIMENTAL 3.1 .Materiales y equipos 3.1.1 .Calorímetro 3.1.2 .Reverbero 3.1.3. Malla de amianto 3.1.4. Termómetro ( 250 ®C Ap ± 2®c) 3.1.5. Vaso de precipitación (Rango : 600 m L Ap ± 50 m L ) 3.1.6. Malla de amianto 3.1.4. Termómetro (100 ®C Ap ± 1®c) 3.2 Sustancias y reactivos 3.2.1 Agua H2O (l) 3.3 Procedimiento 3.3.1 Llenar el erlenmeyer con 100ml de agua potable, calentarlo a baño maría hasta la temperatura de 80ºC

3.3.2 Llenar el vaso del calorímetro con 100 ml de agua 3.3.3 Cuando el agua en el erlenmeyer llegue a 80ºC retirar del calentamiento y tomar simultáneamente las temperaturas del agua del erlenmeyer y del calorímetro cada 30’’ hasta tener 10 mediciones 3.3.5 Inmediatamente colocar el agua del erlenmeyer en el calorímetro y agitar, tomar la temperatura de la mezcla. 3.3.6 En intervalos de 30’’ seguir tomando la temperatura de la mezcla hasta tener 10 mediciones 3.3.7 Repetir una vez más el proceso entero. 4. DATOS 4.1 Datos experimentales

Tabla 4.1-1 Temperaturas de agua fría, caliente y de la mezcla en función del tiempo

t(s) T1 H2Of+cal, ºC T2 H2O caliente ºC T3 mezcla ºC

N 1 2 1 2 1 2

0 18 21 80 80

30 18 21 78 78

60 18 21 76 75

90 18 21 74 72

120 18 21 70 70

150 18 21 68 67

180 18 21 66 64

210 18 21 65 60

240 18 21 63 59

270 18 21 61 58

300 18 21 60 57

330 37 38

360 37 37

390 37 37

420 37 37

450 37 37

480 37 37

510 37 37

540 37 37

570 37 37

600 37 37

Tabla4.1-2 Masa de agua utilizados para cada medición

N M1 [g] M2 [g]

1 100 100

2 100 100

M1: Masa del agua caliente M2: Masa del agua fría

Considere la densidad del agua igual a 1 g/ml 5. CALCULOS 5.1 Cálculo de equivalente térmico del calorímetro

Ec 5.1-1

PRIMERA EXPERIENCIA A 0 s:

Ec 5.1-2

126,32 A 30 s:

Ec 5.1-3

115,79 A60 s:

Ec 5.1-4

105,26 A 90 s:

Ec 5.1-5

94,74 A 120 s:

Ec 5.1-6

73,68 A 150 s:

Ec 5.1-7

63,16 A 180 s:

Ec 5.1-8

52,63 A 210 s:

Ec 5.1-9

47,37 A 240 s:

Ec 5.1-10

36,84 A 270 s:

Ec 5.1-11

26,32 A 300 s:

Ec 5.1-12

21,05 SEGUNDA EXPERIENCIA A 0 s:

Ec 5.1-13

147,06 A 30 s:

Ec 5.1-14

156,25 A60 s:

Ec 5.1-15

137,50 A 90 s:

Ec 5.1-16

118,75 A 120 s:

Ec 5.1-17

106,25 A 150 s:

º Ec 5.1-18

87,50 A 180 s:

Ec 5.1-19

68,75 A 210 s:

Ec 5.1-20

43,75 A 240 s:

Ec 5.1-21

37,50 A 270 s:

Ec 5.1-22

31,25 A 300 s:

Ec 5.1-23

25,00 Note que ET tiene unidades de Cal/ºC 5.2 Cálculo del equivalente térmico medio

∑

Ec 5.2-1

A 0 s:

Ec 5.2-2

136,69 A 30 s:

Ec 5.2-3

136,02 A 60 s:

Ec 5.2-4

121,38

A 90 s:

Ec 5.2-5

106,75 A 120 s:

Ec 5.2-6

89,97 A 150 s:

Ec 5.2-7

75,33 A 180 s:

Ec 5.2-8

60,69 A 210 s:

Ec 5.2-9

45,56 A 240 s:

Ec 5.2-10

37,17 A 270 s:

Ec 5.2-11

28,79 A 300 s:

Ec 5.2-12

23,03 6. ERRORES

6.1 Errores cualitativos 6.1.1 Errores aleatorios

-Se perdió calor al momento de añadir el agua caliente al calorímetro; ya que se quería agregar la cantidad exacta solicitada. -No se registró la temperatura exacta,al medir el tiempo, por no estar pendiente del cronómetro.

6.1.2 Errores sistemáticos - La tomar las temperaturas de la mezcla en el calorímetro, no se midió la exacta debida a la que apreciación del termómetro era de ±2 ° C. -El calorímetro poseía en su tapa unos grandes agujeros, que pudieron permitir pérdidas de calor. 7. RESULTADOS GENERALES

Tabla 8-1 Resultados

ET1 (cal/ºC) ET2 (cal/ºC) ET (cal/ºC)

92 91.8 91.9

8. DISCUSIÓN Como se puede determinar mediante los cálculos se cometieron varios errores, entre ellos fue que no se midió la temperatura en el momento adecuado, es decir cada treinta segundos, y esto produjo que se tomara una temperatura menor a la que realmente era, ya que hay mucha diferencia entre la primera experiencia y la segunda. Otro de los problemas fue que al momento de colocar el agua caliente después de haber tomado las temperaturas, en el calorímetro con el agua a la temperatura ambiente, no se lo hizo instantáneamente como se requería ya que no se contó con un material preciso para medir el volumen que se debía introducir en el calorímetro. Por ultimo al realizar la segunda experiencia variaron un poco las temperaturas, al momento de realizar la mezcla del agua caliente y la fría en el calorímetro, debido a que el calorímetro se quedó un poco caliente por la mezcla de la primera experiencia. Y principalmente lo que varío más los cálculos fue que la temperatura ambiente cambió, lo cual produjo un aumento en el valor del equivalente químico. 9. CONCLUSIONES

9.1 Se encontró el equivalente térmico de un calorímetro mediante un experimento con mezcla de agua fría y caliente. 9.2 Se conoció los tipos de calorímetros y sus utilidades.

9.3 Se comprobó que el equivalente térmico del calorímetro disminuye conforme pasa el tiempo, pero aumenta cuando aumenta la masa 9.4 Se comprobó que se cumple la teoría puesto que la mezcla de agua fria y caliente llego al equilibrio termino y en este caso fue relativamente rápido. 10. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA 11.1 Bibliografía

11.1.1www.wikipedia.com 11.1.2 www.elrincondelvago.com

11.1.3 BROWN.T, (1993), “Química la Ciencia Central”, Editorial Prectice-Hall Hispanoamericano, 9na Edición, México

11.1.4. VARIOS, “Química Física”, 8ª ed, Editorial Médica Panamericana, 2008

11.2 Citas Bibliográficas

(1)(2) www.wikipedia.com/caloriemetria

(3)(4)BROWN.T, (1993), “Química la Ciencia Central”, Editorial Prectice-Hall Hispanoamericano, 9na Edición, México, Pág.526 (5)BROWN.T, (1993), “Química la Ciencia Central”, Editorial Prectice-Hall Hispanoamericano, 9na Edición, México, Pág.527

(6) BURNS. Ralph. Fundamentos De Quimica; 2da Edicion.México 2002 Pag 23

(7) http://www.quiminet.com/articulos/los-aceites-dielectricos-20189.htm (8)http://www.scielo.unal.edu.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-28042005000200005&lng=es&nrm= 11. ANEXOS 11.1 Diagrama del equipo 11.2 Diagrama temperatura = f( tiempo) (un solo grafico )

11.1 Diagrama del Equipo

Fig 11.1-1 Diagrama del equipo

11.1 Diagrama del Equipo

Fig 11.1-1 Diagrama de temperatura

Primera experiencia)

Serie 1: T1 H2Of+cal, ºC Serie 2: T2 H2O caliente ºC T3 mezcla ºC Segunda experiencia

Serie 3: T1 H2Of+cal, ºC

Serie 4: T2 H2O caliente ºC T3 mezcla ºC

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 100 200 300 400 500 600 700

Tem

per

atu

ra (

ºC)

Tiempo (s)

Diagrama temperatura = f( tiempo)

Series1

Series2

Series3

Series4

13. CUESTIONARIO 13.1 Consultar sobre el frasco de Dewar

¨´El frasco Dewar es una botella al vacío que se usa para el transporte y almacenaje de los gases licuados. Es muy sensible para deteriores mecánicos, ya que su cuerpo exterior está fabricado de aluminio. Así mismo, requiere un manejo cuidadoso para evitar un desplazamiento de matraz interior y pérdida por el frasco Dewar de densidad al vacío.¨¨(6)

13.2 Que es un material aislante? Ejemplos

¨¨Aislante hace referencia a cualquier material que impide la transmisión de la energía en cualquiera de sus formas: con masa que impide el transporte de energía.

El aislante acústico que aísla el sonido para que no fastidie el ruido. El aislante eléctrico que aísla la electricidad. El aislador de microondas que aísla circuitos de microondas. El aislante térmico, que aísla la temperatura. El aislador de barrera, que aísla del medio ambiente procesos de laboratorios.

A veces suele emplearse el término aislamiento como sinónimo, aunque este último tiene connotaciones diferentes.¨¨(7)

13.3 Que es un aceite dieléctrico y cual es la diferencia con el aceite térmico? ¨¨Aceites dieléctricos: se obtienen de bases nafténicas de bajo punto de fluidez (alta viscosidad), libres de ceras y sometidos a procesos de refinación de extracción de solventes y de tratamiento con hidrógeno. Existen aun cantidades de estos aceites aditivados con PCBs, que provienen de diversos equipos eléctricos (principalmente transformadores y condensadores), y pueden estar mezclados con los otros tipos de aceites. Poseen una alta resistencia a la oxidación, lo que permite funcionar por largos períodos, tanto en transformadores de potencia y de distribución como en interruptores.Poseen alta estabilidad química y buenas propiedades refrigerantes debido a su baja viscosidad, lo cual le facilita la transferencia del calor generado en el transformador. El aceite térmico es un fluido caloportador cuyo uso es generalizado en el sector industrial como medio de transporte de calor para distintos tipos de procesos. Contienen antioxidantes, se usan para calderas Termopack (para calentar reactores a más de 200 ºC), tiene alta viscosidad, elevada estabilidad térmica, buena resistencia a la oxidación, poseer un alto coeficiente de transferencia de calor.¨¨(8) 13.4 Señale una forma de mejorar el aislamiento de los calorímetros

¨¨Los calorímetros se pueden aislar utilizando láminas de poliestireno, nailon, vidrio, aluminio, etc. Este factor favorece la medida del cambio en la temperatura de la celda cuando se produce un efecto térmico dentro de ésta.¨¨(9) 13.5 Explique que es el equivalente térmico del calorímetro en sus palabras. ¨¨El equivalente térmico del calorímetro es la cantidad de calor cedida al enfriarse por el líquido que se introduce en el calorímetro, quees igual a la cantidad de calor ganada por el líquido que ya había dentro y por el propio calorímetro. Así, la cantidad de calor ganada por el calorímetro es igual a la constante del calorímetro (Ck) por la variación de temperatura que éste ha sufrido (tf-t2). m1·Ce1·(t1-tf) = m2·Ce2·(tf-t2) + Ck·(tf-t2) Ck (cal/ºC) = m1·Ce1·(t1-tf) - m2·Ce2·(tf-t2) / (tf-t2) Constante del calorímetro El efecto de la capacidad calorífica del calorímetro equivale a considerar incrementada la masa de agua que hay en su interior y suponer que se usa un calorímetro de capacidad calorífica nula. La cantidad de agua que absorbería la misma cantidad de calor que el calorímetro por el cambio de temperatura es el equivalente en agua del calorímetro (m3). Ck (J/ºC) = m3·Ce3(4,184 J/gr·ºC) Ck/Ce3 = m3(gr agua) Equivalente en agua del calorímetro¨¨ (10) 13.6 Describa un procedimiento para determinar la entalpía de fusión del hielo, utilizando el calorímetro, además escriba la ecuación. ¨¨Determinación la entalpía de fusión del hielo. Para determinar la entalpía de fusión del hielo, tome aproximadamente unos 40 g de hielo granizado y séquelo lo más posible sin tocarlo directamente con los dedos. En el calorímetro añadir una cantidad de agua. Justo antes de echar el hielo en el calorímetro, lea y anote la temperatura del calorímetro con el agua. Tape el calorímetro y siga atentamente la evolución de la temperatura del sistema (calorímetro, agua y hielo), durante unos minutos, hasta que todo el hielo se haya fundido. Para comprobar que el hielo se ha fundido, no necesita estar destapando continuamente el calorímetro; lo sabrá porque la temperatura deja de bajar y se estabiliza en un cierto valor durante unos minutos. Esta temperatura se anota y la denominaremos T'final. En este ensayo, el calor cedido por el agua caliente y el calorímetro deberá igualar al calor que ha tomado el hielo para fundirse (calor de fusión ) más el necesario para elevar su temperatura desde la de fusión Tfusión = 0ºC hasta la temperatura de equilibrio T'final. Si la masa de hielo es Mc, este balance se expresa como:

Ec 13.6-1 y por tanto, la entalpía de cambio de fase vendrá dada por:

Ec 13.6-2

Para medir la masa de hielo M

c, pesamos una vez más el calorímetro con todo lo que contiene, y

anotamos su masa M(cal + agua + hielo fundido);

Entonces:

Mc= M

(cal + agua + hielo fundido) – M

(cal + agua),2 ¨ Ec 13.6-3(8)