UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZALABORATORIO DE CIENCIA BSICA II

MICRO CALORMETRO

CAPACIDAD CALORFICA DEL MICROCALORMETRO EMPLEANDO EL CALOR DE DISOLUCIN DEL ACIDO SULFRICO

PROFESOR: BAUTISTA ARAGN CONSUELOGRUPO: 1204EQUIPO: FLORES GONZLEZ IVN SANTIAGO GUZMN ANGLICA VARGAS MEZA EDGAR

FECHA: 31 DE AGOSTO DE 2013CORRECCIN: SEPTIEMBRE DE 2013

RESUMEN:Se realiz un micro calormetro que se calibr por mezclas de agua para posteriormente agregarle cido sulfrico puro a un mililitro de agua y medir con un termmetro de decimas el calor de disolucin de esta reaccin dentro del calormetro para conocer la capacidad calorfica del calormetro y realizar una titulacin por partes con carbonato de sodio y anaranjado de metilo para conocer la normalidad del cido.MARCO TERICO:TERMODINMICA: Es el estudio de la energa y sus transformaciones (del griego therme calor y dynamis potencia), parte de la ciencia que estudia las transformaciones del calor en energa mecnica y viceversa.

TERMOQUMICA: Relacin entre las reacciones qumicas y los cambios de energa en que interviene el calor (transformaciones de calor) durante las reacciones qumicas.

La termoqumica es el estudio de los cambios trmicos o cambios de calor involucrados en las reacciones qumicas. Algunas reacciones que producen o liberan energa son llamadas reacciones exotrmicas. Se indica su valor numrico como positivo o negativo, si el calor ha sido absorbido desprendido, respectivamente. La termodinmica se denomina termoqumica en estos aspectos. a) Calor.- Es una forma de energa. Para el estudio termodinmico, entendemos por calor aquella energa en trnsito, que es transferida por radiacin, como resultado de una diferencia de temperatura. El calor es la energa transferida de un objeto caliente a otro frio; el calor tampoco es una funcin de estado.Factor de intensidad: T = (Tf - Ti)Factor de capacidad o Capacidad Calorfica (C)Energa transferida en forma de calor (Q): Q = CTDnde: C = m.c.

b) Capacidad Calorfica (C).- Es la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura de una cantidad dada de sustancia. As, si la temperatura del cuerpo se eleva de Ti a Tf, al tomar una cantidad de calor Q, la capacidad calorfica C del cuerpo viene dada por:

De acuerdo a Ec. (2), la capacidad calorfica de una sustancia, es la cantidad de calor requerida para variar su temperatura en 1C. Este concepto es usado en la determinacin de la capacidad calorfica de un calormetro.

c) Capacidad Calorfica Molar ().- Desde el punto de vista qumico, una forma ms til de definir la capacidad calorfica es la que se refiere a una mol; esto es, a la masa molar expresada en gramos. En consecuencia, se define como la cantidad de calor que necesita una mol de una sustancia para variar 1C.

d) Calor Especfico(C).- Es la capacidad de calor, medido en caloras, que necesita un gramo de una sustancia para variar 1C. El producto del calor especfico (c) por la masa molar (M), nos dar la Capacidad Calorfica Molar ().

CM = e) Calora (Cal).- Es la cantidad de calor requerido para elevar la temperatura de 1 g de agua 1C.f) Entalpa (H).- Tambin llamada contenido calrico, es una funcin de estado, que se utiliza para tratar los cambios trmicos de las reacciones qumicas que se efectan a presin constante.

g) Cambio de Entalpa (H).- Es igual al calor que el sistema gana o pierde cuando el proceso se lleva presin constante.H = Qph) Calor de Reaccin (HR).- Se define como la cantidad de calor que se desprende o absorbe durante una reaccin qumica, esto se debe a la diferencia entre las entalpas de los productos y reactantes a presin constante y temperatura definida. Dentro de los calores de reaccin se encuentran los calores de formacin, combustin, fusin, vaporizacin, sublimacin, disolucin, neutralizacin, etc.

i) Calor Latente de Fusin (LT).- Es la cantidad de calor necesario para fundir un gramo de sustancia slida a una temperatura del punto de fusin. El calor latente de fusin del hielo es igual a 80 cal/g, lo que significa que han de gastarse 80 cal de energa para pasar 1 g de hielo a 0C a 1g de agua a 0C. De esto resulta que el calor necesario para fundir una masa (m) de hielo a 0C estar dado por: Q = mLf

j) Calormetro.- Son instrumentos que sirve para la determinacin experimental de los intercambios calorficos. El calormetro es un sistema aislado, de tal manera que no permite intercambio de calor con el medio ambiente.

k) Capacidad Calorfica del Calormetro.- Es la cantidad de calor necesaria para variar la temperatura del calormetro en 1C.

TEMPERATURA: Es una propiedad de un sistema que representa la existencia de una condicin del equilibrio trmico que es independiente de la composicin y tamao del sistema. Esta propiedad de un cuerpo es la misma que determina el flujo de calor hacia otro cuerpo o de otros cuerpos hacia l. Para expresar la temperatura existen varias escalas, las ms usadas son la Celsius (centgrada), Fahrenheit y Kelvin. La escala kelvin es la ms utilizada en laboratorio y la conversin de grados Celsius a kelvin es: K = C + 273,15

TRABAJO: Cambio de energa que resulta de un proceso.MEDIDA DE LA CAPACIDAD CALORFICA DE UN CALORMETROLas transferencias de calor se miden en un calormetro a travs de variaciones de temperatura. Previo a toda experiencia es necesario calibrarlo, esto es, determinar su capacidad calorfica. Para realizar el calibrado, se mezclan cierta cantidad de agua fra con agua caliente y se mide la temperatura de equilibrio. Durante este proceso una parte de la energa cedida por el agua caliente es absorbida por el vaso Dewar del calormetro que eleva su temperatura desde T2 a Te. En consecuencia, como en el calormetro no se producen prdidas de energa hacia el exterior, la variacin del conjunto formado por el calormetro y las cantidades de agua ser nula, por lo que se puede escribir:

DondeCK es la capacidad calorfica del calormetro, esto es, cunto calor absorbe por grado de aumento en la temperatura. Adems se ha tomado el calor especfico del agua como 1 cal.g-1K-1

ANLISIS VOLUMTRICO

TitulacinEs el proceso por el cual se determina la cantidad de un analito en una solucin basndose en una cantidad de un reactivo estndar que este consume.

ValoracinEs una tcnica analtica para determinar cul es la cantidad de sustancia presente en una muestra de agua por adicin de otra sustancia y midiendo que cantidad de esa sustancia debe ser aadida para producir la reaccin. En la prctica no existe diferencia entre ambos trminos. Ambos trminos se usan para indicar la determinacin cuantitativa de un elemento o grupo de elementos (o compuestos) por mtodos volumtricos. Estrictamente, slo valoracin tendra ese significado, pues consistira en "valorar" (determinar el valor) de una especie qumica en una sustancia problema. En tanto que titulacin significara "determinar el ttulo", esto es, cunto de una solucin patrn de volumetra equivale exactamente a una unidad de cantidad de la sustancia problema.

Indicador

En qumica, un indicador es una sustancia que siendo cidos o bases dbiles al aadirse a una muestra sobre la que se desea realizar el anlisis, se produce un cambio qumico que es apreciable. Este cambio en el indicador se produce debido a que durante el anlisis se lleva a cabo un cambio en las condiciones de la muestra e indica el punto final de la valoracin. El funcionamiento y la razn de este cambio varan mucho segn el tipo de valoracin y el indicador. Los indicadores ms usados son los indicadores de pH como por ejemplo, el rojo de metilo, fenolftalena, etc.IndicadorColor en medio cidoRango de cambio de colorColor en medio bsico

Violeta de metiloAmarillo0.0 - 1.6Violeta

Azul de bromo fenolAmarillo3.0 - 4.6Azul

Naranja de metiloRojo3.1 - 4.4Amarillo

Rojo de metiloRojo4.4 - 6.2Amarillo

TornasolRojo5.0 - 8.0Azul

Azul de bromo timolAmarillo6.0 - 7.6Azul

FenolftalenaIncolora8.3 - 10.0Rosa

Amarillo de alizarinaAmarillo10.1 - 12.0Rojo

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Se podr calcular la capacidad calorfica del calormetro empleando el calor de disolucin del cido sulfrico y por medio de una titulacin por partes saber la normalidad de este mismo?OBJETIVO:Calcular empleando una disolucin de cido sulfrico la capacidad calorfica del calormetro y posteriormente calcular la concentracin del cido por medio de una titulacin por partes con carbonato de sodio con ayuda del indicador naranja de metilo.HIPTESIS:El calormetro es un sistema aislado, de tal manera que no permite intercambio de calor con el medio ambiente. Con ayuda de este instrumento se podr medir el calor de disolucin que se desprende de la reaccin de cido sulfrico puro en cierta cantidad de agua para poder calcular la concentracin del cido valorndolo con carbonato de sodio y el indicador adecuado.PROCESO EXPERIMENTAL:MATERIAL Y EQUIPO: Una pipeta graduada 1/100 de 0.1 ml Dos pipetas graduada 1/100 de 1 ml Un soporte universal Unas pinzas de doble presin Tres matraces erlenmeyer de 25ml Dos vasos de precipitado de 5 ml Un cronometro Un termmetro de inmersin total de decimas Una jeringa con manguera que se usara como perilla Un pesa filtros Un desecador Una estufa REACTIVOS: Agua destilada H2SO4 concentrado Naranja de metilo Na2CO3PROCEDIMIENTO: Se procede a colocar 0.97 ml de agua destilada al micro calormetro. Tomar lecturas de la temperatura del micro calormetro cada 30 segundos hasta que el aumento o descenso de la temperatura sea constante. Despus de la ltima lectura se aaden rpidamente 0.03 ml de H2SO4 concentrado. Se toman lecturas del cambio de temperatura cada 30 segundos. Agitar y procurar que no pasen ms de 30 segundos entre la ltima lectura de la temperatura del agua en el micro calormetro y la adicin del acido. Seguir tomando lecturas hasta que el descenso de temperatura sea constante. Con todos los datos obtenidos hacer un grafico de temperatura vs tiempo para poder obtener el t corregido. Repetir lo anterior mencionado por al menos tres veces.TITULACIN DEL H2SO4:La titulacin del H2SO4 se efecta por el mtodo de pesadas separadas con Na2CO3 como patrn primario. El Na2CO3 debe de estar previamente secado en la estufa y posteriormente guardado en una pesa filtros dentro de un desecador.Como solamente contamos con un ml de muestra entonces se harn clculos para poder pesar una masa de Na2CO3 que no sea mayor a la que reaccionaria con un ml de la solucin acida.El peso equivalente del Na2CO3 es de 53, el del H2SO4 es de 49. Esto quiere decir que 53 gramos de Na2CO3 reaccionaran hasta el equilibrio con 49 gramos de H2SO4. Como en la muestra tenemos 0.05 gramos de acido entonces:

Como se necesitan mnimo tres pesadas para tener un resultado confiable entonces ese peso se divide entre tres y as entonces se deben pesar POR MUCHO 0.018 g de Na2CO3.PROCEDIMIENTO: En un matraz Erlenmeyer de 25 ml pesar una cantidad no mayor de 0.018 g de Na2CO3 sin preocuparse por la exactitud de la pesada.NOTA: la tcnica de pesado ser por diferencia ya que por la capacidad higroscpica del carbonato de sodio se pudiese contaminar. Agregar un poco de agua destilada al matraz y aadir una gota del indicador naranja de metilo. Proceder a titular colocando la muestra de acido en una pipeta de un ml. Registrar el volumen gastado de H2SO4 hasta el vire.CALCULOS Y RESULTADOS:CLCULOS PARA PREPARA UN ML DE SOLUCIN 1N DE H2SO4Se desea calcular la constante del micro calormetro a partir de un ml de una solucin de H2SO4 con concentracin aproximada a 1N. Para ello, previamente se requiere hacer los clculos pertinentes para conocer el volumen aproximado de H2SO4 concentrado que se deber adicionar a un volumen determinado de agua para formar un ml de solucin, la cual como ya se mencion, tendr una concentracin aproximada de 1N.Se procede a calcular el volumen de H2SO4 necesario, para ello se parte de la ecuacin:

Despejando los gramos:

Al sustituir:

Por tanto:H2SO4Esta es la masa que se necesita para preparar la solucin siempre y cuando el cido sulfrico concentrado tuviese una pureza del 100 % pero se debe recordar que el cido sulfrico concentrado tiene una pureza del 98%, entonces:

Se debe de ocupar la densidad del cido para calcular el volumen que equivale a los 0.05 gramos del mismo acido. Como su densidad es de 1.84g/ml entonces:

Por conveniencia se redondeara ese volumen a 0.03 ml Como se desea que sea un mililitro de solucin, entonces, la cantidad de agua para prepararla ser de 0.97 ml.CALCULO DE LA CAPACIDAD CALORIFICA DEL CALORIMETRO:LOS CALCULOS SE BASAN EN LA ECUACION DE LA CAPACIDAD CALORIFICA:

Donde:K=capacidad calorficaQ= calor involucradoT= cambio de temperatura

Para calcular el calor involucrado se necesita la ecuacin de la siguiente grafica:

GRAFICA 1: QUIMICA FISICA EXPERIMENTAL, PALMER, 1966PRIMER PRUEBA:Calculo de la Normalidad de la solucin:PESO Na2CO3 (gramos)ml gastados H2SO4Normalidad

0.00670.081.58

0.01920.271.3

0.01430.181.45

Normalidad media= 1.44

Se procede a meter el dato obtenido en la ecuacin de calor y se obtiene:y = 0.8511x + 0.0049Q = 0.8511(1.44) + 0.0049Q= 1.230484EL GRAFICO OBTENIDO EXPERIMENTALMENTE ES:

Con esta grafica podemos calcular el T pero para una mayor precisin se alarga la recta y se obtiene el T por el mtodo analtico: Dado que la ecuacin general de la recta es y=mx+b, si se obtiene la ecuacin de la nueva recta, sabremos el T a partir de la interseccin con el eje y.

Ahora sabemos que b tiene un valor de 27.1C, esta es la temperatura que se hubiese alcanzado si el equilibrio fuese instantneo.Entonces:

T= 27.1C-24.2C= 2.9C Ahora ya podemos calcular la constante K:

Solo falta hacer una correccin con el volumen ya que esto esta hecho para 100 ml pero nosotros tenemos un ml. Entonces:

K = 4.24304827x10-3 Kcal/CDe manera anloga pudimos calcular K de nuestra segunda prueba obteniendo: N=1.24 Q= 1.0603 Kcal T= 2.35 Por tanto:K = 4.51191489x10-3 Kcal/CEl promedio obtenido es:K = 4.37698158x10-3 Kcal/CCONCLUSIONES:Satisfactoriamente se pudo calcular la capacidad calorfica del micro calormetro obteniendo como resultado final un valor de 4.377x10-3 kcal/C. Terminada la prctica, hemos adquirido la experiencia necesaria para poder calcular la capacidad calorfica de cualquier otro calormetro y as mismo tambin adquirimos a consecuencia de nuestros errores la experiencia para poder fabricar un calormetro de mejores condiciones.

BIBLIOGRAFIAOROZCO D. FERNANDO, ANLISIS QUMICO CUANTITATIVO, DECIMOSEXTA EDICIN, EDITORIAL PORRA, MXICO 1985, P, 307-309.LAIDLER K.J, MEISE J.H, FSICO QUMICA, 2 EDICIN, EDITORIAL CONTINENTAL, MXICO, 1998SKOOG D.A, WEST D.M, HELLER J.F, FUNDAMENTOS DE QUMICA ANALTICA, 8 EDICIN, COARNING LEARNING; 2009.MORON H.S, PROTTON CARL F, FUNDAMENTOS DE FSICO QUMICA. EDITORIAL LIMUSA, MXICO; 2004.PALMER, W.G, QUMICA FISICA EXPERIMENTAL, 1966, EDITORIAL UNIVERSITARIA DE BUENOS AIRES, ARGENTINA. P, 140-159.BURMISTROVA, M.J. KARAPETIANTS, ET AL. PRCTICAS DE QUMICA FSICA, 1977. EDITORIAL MIR MOSC, P.148-151.PERRY, ROBERT H, MANUAL DEL INGENIERO QUMICO, 6 EDICIN, 1992, MC GRAWHILL, EDITORIAL.SPENCER J.NM BODNER G.M, RICHARD H.L, QUMICA- ESTRUCTURA Y DINMICA, 1 EDICIN, EDITORIAL CONTINENTAL, MXICO 2000.