Universida Universidad d Nacional de Ingeniería 1 Calorimetría II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA MINERA Y METALÚRGICA
LABORATORIO Nº 2 QUIMICA A II CURSO:: QUIMIC CURSO
SECCIÓN: “S”
TEMA: TERMODINAMICA QUIMICA FECA !E REA"I#ACION: 17-!-21" FECA !E ENTRE$A: 2!-!-21" !OCENTE:
I#$% LEMBI CASTROMONTE REINALDO GRU&O Nº "
INTE$RANTES: 1% '''''''''''''''' ''''''''''''''''''''''' ''''''''''''''' '''''''''''''''' ''''''''''''''' ''''''''' 2% '''''''''''''''' ''''''''''''''''''''''' ''''''''''''''' '''''''''''''''' ''''''''''''''' ''''''''' (% '''''''''''''''' ''''''''''''''''''''''' ''''''''''''''' '''''''''''''''' ''''''''''''''' ''''''''' !% '''''''''''''''' ''''''''''''''''''''''' ''''''''''''''' '''''''''''''''' ''''''''''''''' '''''''''
FIGMM
Universida Universidad d Nacional de Ingeniería % Calorimetría II
LIMA - PERU
IN!ICE
1% INTRODU INTRODUCCI CCIÓN: ÓN: 2% OB)ET OB)ETIV IVOS OS:: 2%1% OB)ETIVOS GENERALES: 2%2% OB)ETIVOS ES&ECIFICOS: (% FUNDAMEN FUNDAMENTO TO TEÓR TEÓRICO ICO !% &ARTE ARTE E*&ERIMENT E*&ERIMENTAL AL !%1 E*&ERIMENTO 1: !%2 E*&ERIMENTO 2: "% CUES CUESTIO TIONA NARI RIO O +% OBSERVACIONES OBSERVACIONES GENERALES: GENERALES: 7% CONCL CONCLUS USION IONES ES GENERA GENERALES LES ,% A&LICACIONES A&LICACIONES A LA ES&ECIALIDAD ES&ECIALIDAD % RECOMEN RECOMENDACI DACIONE ONES S 1%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%BIBLIOGRAFIA
FIGMM
Universidad Nacional de Ingeniería & Calorimetría II
INTRO!UCCIÓN
C'ando 'n c'er(o es calentado (or e)em(lo* acerc+ndole a 'na llama* se le (ro(orciona calor* a'menta s' tem(erat'ra, !'rante m'c-o tiem(o se (ens. /'e esto era siem(re así, Sin em0argo* al constr'irse los (rimeros term.metros* (ronto se desc'0ri. /'e c'ando 'n troo de -ielo es calentado* se 2'nde 3 la mecla de ag'a 3 -ielo /'e se tiene -asta /'e todo el -ielo 2'nde se enc'entra en todo momento a la misma tem(erat'ra /'e el -ielo* 4 5C, 6ose(- 7lac8 2'e 'no de los (rimeros cientí9cos en est'diar este 2en.meno 3 2'e el (rimero en disting'ir entre calor sensi0le* o calor /'e se mani2est. en la elevaci.n de la tem(erat'ra de 'n c'er(o* 3 calor latente* o calor /'e se 'tilia (ara (rod'cir 'n cam0io en el estado de agregaci.n de 'n c'er(o cam0io de 2ase* de 2ase s.lida a 2ase lí/'ida en el caso del -ielo /'e 2'nde sin /'e -a3a 'na variaci.n de la tem(erat'ra,
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Universidad Nacional de Ingeniería Calorimetría II
O76ETI;OS OB)ETIVOS GENERALES
"ograr (oder determinar de manera e<(erimental el calor latente de 2'si.n = λ
> de diversas s'stancias, Utiliar las le3es de la termodin+mica (ara la sol'ci.n de (ro0lemas en las 2
/'e se invol'cren trans2erencia de energía =calor>* logrando el c+lc'lo del calor latente de 2'si.n = λ 2 >, "ograr (oder determinar de manera e<(erimental el calor latente de va(oriaci.n = λ v> de diversas s'stancias, Utiliar las le3es de la termodin+mica (ara la sol'ci.n de (ro0lemas en las /'e se invol'cren trans2erencia de energía =calor>* logrando el c+lc'lo del calor latente de va(oriaci.n = λ v>, OB)ETIVOS ES&ECIFICOS
"legar a tener la ca(acidad s'9ciente (ara (oder relacionar e<(eriencias (asadas en acorde a las necesidades /'e demanda la determinaci.n del
calor latente de 2'si.n = λ 2 >* tal es el caso de la determinaci.n de la ca(acidad calorí9ca =Cc>, ?oder analiar de manera .(tima las condiciones en las /'e se (resenta el medio en el c'al se realiar+ la e<(eriencia* (ara (oder evitar de esta así di9c'ltades /'e a'menten el (orcenta)e de error en los c+lc'los matem+ticos,
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Universidad Nacional de Ingeniería @ Calorimetría II
FUN!AMENTO TEÓRICO Calor latente 3 calor sensi0le
El cam0io de tem(erat'ra de 'na s'stancia conlleva 'na serie de cam0ios 2ísicos, Casi todas las s'stancias a'mentan de vol'men al calentarse 3 se contraen al en2riarse, El com(ortamiento del ag'a entre 4 3 C constit'3e 'na im(ortante e
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latente a0sor0ido se em(lea (ara vencer las 2'eras /'e mantienen 'nidas las (artíc'las de -ielo* 3 se almacena como energía en el ag'a, ?ara 2'ndir 1 8g de -ielo se necesitan 1D,444 )'lios* 3 (ara convertir 1 8g de ag'a en va(or a 144 C* -acen 2alta 1%D,444 )'lios,
Calor de va(oriaci.n Es la cantidad de calor /'e es s'ministrado a 'na s'stancia (ara llevarlo de estado lí/'ido a estado gaseoso sin incremento de tem(erat'ra, Se calc'la a travs de la sig'iente e<(resi.n:
!.nde:
Q: calor de eva(oraci.n* Cal .: masa de la s'stancia /'e se eva(ora* g /: calor de eva(oraci.n de la s'stancia* CalGg
Calor de 2'si.n FIGMM
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Es la cantidad de calor /'e es s'ministrado a 'na s'stancia (ara llevarla de estado s.lido al lí/'ido sin incrementar s' tem(erat'ra, Se calc'la a travs de la sig'iente e<(resi.n:
!.nde:
Q: calor de 2'si.n* Cal .: masa de la s'stancia /'e se 2'siona*
g
0: calor de 2'si.n de la s'stancia* CalGg
?ARTE E?ERIMENTA" “D//.3#4536# / 84 5494534 548;<54 /8 548;./” Nos 0asamos del e<(erimento anterior: Medimos @4 ml de ag'a destilada* la ec-amos al calorímetro 3 determinamos la tem(erat'ra* a la c'al la llamamos t 1 , t 1 =25,5 ℃
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Universidad Nacional de Ingeniería J Calorimetría II
"'ego calentamos 4 ml de ag'a destilada -asta la tem(erat'ra t 2 (erdiendo % ml de ag'a t 2 =100 ℃
A la tem(erat'ra de la mecla la llamamos t m 3 es: t m=60 ℃
?or el (rinci(io de la conservaci.n de la energía* tenemos /'e: Q 1+ Q 2+ Q 3=0 … … .. (1 )
!onde: Q 1=calor ganado por la masa 1 =50∗1∗( 60− 25,5 )=1725 cal Q 2=calor perdido por lamasa 2=58∗1∗( 100 −60 )=2320 cal Q 3=calor ganado por el calorimetro =C cal∗( 60 −25,5 )= 34,5 C cal
Reem(laando en =1> C calorimetro∗34,5 =595 cal
∴ C calorimetro
= 17,25
cal ℃
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E=9/3./# 1: !eterminaci.n del calor latente de va(oriaci.n, 1% R/84536# / .4/348/> ? /@39>: Calorímetro de %@4 ml con accesorios: agitador* ta(a 3 term.metro, ?ro0eta de 144 ml Term.metro de escala alta =4K144C> Matra de %@4 ml con t'0os de seg'ridad res(ectivamente* montado segLn se indica en la 9g,
3
des(rendimiento*
2% &5/3.3/# E=9/3./#48: ;ertimos al calorímetro @4 ml de ag'a destilada, !e)amos /'e se esta0ilice la tem(erat'ra de la masa de ag'a con la del calorímetro* l'ego medimos la tem(erat'ra* a la c'al le llamamos t 1 , t 1 =27 ℃
En 'na matra de destilaci.n ec-amos ag'a de cao =-asta la mitad de s' ca(acidad a(ro
* aadiendo troos de vidrio con la 9nalidad de evitar 'na e0'llici.n t'm'lt'osa 3 así evitar la agresividad con /'e sale el va(or de ag'a,
-asta /'e FIGMM
Es(eramos (or 'no de
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los t'0os del matra salga va(or en 2orma contin'a 3 l'ego de ello ('simos el calorímetro con la masa de ag'a inicial, Agitamos s'avemente el contenido 3 con la a3'da del term.metro medimos /'e la variaci.n de la tem(erat'ra sea de %4 a %@ con res(ecto a la tem(erat'ra inicial, Finalmente medimos c'idadosamente el vol'men de ag'a 9nal /'e contiene el calorímetro 3 con esto o0tenemos la masa de va(or /'e se condenso =restando los @4 ml de ag'a destilada inicial>,
(% D4> ? >/453#/> /8 /=9/3./#: Equivalente en agua: Masa inicial de agua: Temperatura inicial:
17.25
cal g
50 g 27
Temperatura de ebullición del agua:
100
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6
Temperatura final de equilibrio: Masa final en el calor!metro:
55 g
Masa de vapor de agua condensado:
5g
!% C858> ? />84>: "e acuerdo al primer principio de la termodin#mica$ se tiene que: Q =0
∑
% tambi&n Qganados=Q perdidos 'uego
Lvaporización=
Lfusion =
( m +c ) ( t f −t ) −m ∙ (t −t f ) 1
1
2
2
m2
=
cal g
( 50+ 17.25 ) ( 68 −27 ) −3 (100 −68) cal
∴ L vaporizacion
g
3
=519.44
Error absoluto:
cal g cal (5)0*51+,))-. 20.56 g 20.56
Error Relativo:
540
x 100 =¿
"% G<54> 484> ? 3>: FOTOSSSSSSSS
+% C#58>3#/> /8 /=9/3./# 1: FIGMM
3.8074%
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El calor latente tanto de vapori/ación como de fusión se produce a temperatura constante, ara evitar quemaduras estuvimos a una cierta distancia del matra/ cuando se acabó con el eperimento se apagó de inmediato,
E=9/3./# 2: !eterminaci.n del calor latente de 2'si.n, 1% R/84536# / .4/348/> ? /@39>: Calorímetro de %@4 ml con accesorios: agitador* ta(a 3 term.metro, ?ro0eta de 144 ml Term.metro de escala alta =4K144C> ;aso de 144 ml Un (oco de (a(el de 9ltro
2% &5/3.3/# E=9/3./#48: 3seguramos de que el 4ielo en tro/os est# en 0 para ello pusimos los tro/os de 4ielo sobre un papel si estos lo empapaban sealaban que el proceso de fusión se daba por lo tanto se confirmó que se encontraba a 0 ° ,
reparamos el calor!metro con 50ml de agua ligeramente tibia (entre )0 50 ° -, lo medimos cuidadosamente con la probeta %bservamos apuntamos la temperatura del calor!metro usimos en el calor!metro una masa aproimada de 4ielo (entre 80 )0g-
FIGMM
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Tapamos el calor!metro de9ando dentro del mismo el agitador el termómetro Movimos suavemente 4asta que todo el 4ielo se fundió %bservamos anotamos la temperatura final de equilibrio
Medimos el volumen total contenido en el calor!metro la diferencia entre el volumen final el inicial ser# la masa de 4ielo fundido,
(% D4> ? >/453#/> /8 /=9/3./#:
E/'ivalente en ag'a del calorímetro : FIGMM
17%2" $
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K Masa inicial de ag'a en el calorímetro:
" $
K Masa total de ag'a contenida en el calorímetro: +7%2" $ K Tem(erat'ra inicial del ag'a en el calorímetro: K Tem(erat'ra 9nal de e/'ili0rio: K Masa de -ielo 2'ndido :
1
°
"
°
C
C
(2$
!% C858> ? />84>: !e ac'erdo a la le3 de la conservaci.n de la energía Q perdidos=¿ ∑ Q
∑¿
ganados
Qlatente + Qagua 0 ℃ + Qcalorimetro + Q agua 66,5 ℃=0 Lfusion = Lfusion =
( m + c ) ( t −t f ) −m (t f ) 1
1
2
m2
=
cal g
( 50+ 17.25 ) ( 50 −9 ) −32 (9 ) cal g
32
=77.164
∴ L fusion
cal g
E 4>8: E R/843:
=J4KHH,1> 2%,(+ 2.836 80
x 100 =¿
cal g
(%"!"
"% G<54> 484> ? 3>: +% C#58>3#/> /8 /=9/3./# 2: •
Tuvimos inconvenientes al medir la masa del 4ielo puesto que se derret!a con la temperatura del ambiente,
FIGMM
Universidad Nacional de Ingeniería 1@ Calorimetría II •
•
'a temperatura del 4ielo debe de estar a 0 con el fin de que solo actu& el calor latente de fusión no se produ/ca calor sensible, ara optimi/ar los resultados se recomendar!a usar instrumentos de precisión,
CUESTIONARIO . !"u#l es el $alor latete &e 'usi( )ue U&. *btuvo e+,erietalete
El calor latente de fusión que obtuvimos en nuestro primer eperimento fue de 77,16) cal,
2. !$u#l es el error absoluto / $u#l es el error relativo &e la &eteria$i(
El error absoluto que se presentó fue de 2,86 cal g su correspondiente relativo fue de 8,5)5 ;,
3. !$u#l es el $alor latete &e va,oria$i( )ue uste& obtuvo e+,erietalete
FIGMM
Universidad Nacional de Ingeniería 1 Calorimetría II
El calor latente de vapori/ación que obtuvimos fue de 51+,))
cal,
4. !$u#l es el error absoluto / el error relativo &e la &eteria$i( e+,erietalete
ara este caso nuestro error absoluto nos salió 20,56 calg con ello nuestro error relativo de vapori/ación fue de 8,07) ;,
5. !Por )u1 el ielo &ebe estar e la te,eratura 0" &e e)uilibrio ates &e ser $olo$a&o al $aloretro
ara que el 4ielo pueda fundirse tiene que estar a 0<$ as! todo calor que es absorbido sea usado para el cambio de fase no elevar la temperatura del 4ielo 4asta cero grados,
el para
6. !E+iste aluas &i'ere$ias si el aua se ,asa ates o &es,u1s &e $aletarla !Por )u1
=i eiste diferencia porque el agua aun estando a temperatura constante se evapora con facilidad si se calienta se evapora a>n m#s$ esto producir!a una diferencia entre la masa pesada antes despu&s de calentar,
7. !si el ielo estuviera ii$ialete a -5 " es$riba las e$ua$ioes &e bala$e t1ri$o e$esarias ,ara e$otrar el $alor latete &e 'usi(
'as ecuaciones de balance t&rmico usadas son: ara el calor ganado por la masa de 4ielo : ara elevar la temperatura de *5 a ara la fusión del 4ielo:
t f
Q 2=m hielo . L
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:
Qg =Q1+ Q 2
Q 1=mhielo . C e hielo . ( t f + 5 )
Universidad Nacional de Ingeniería 1H Calorimetría II or lo tanto:
Q g =mhielo . L + mhielo . C e hielo . ( t f + 5 )
ara el calor perdido por el agua en el calor!metro m#s el calor perdido por el calor!metro: Q p=( maguadelcalorimetro + C )( t aguaen elrecipiente −t f ) or lo tanto el calor latente ser#:
L=
( magua +C ) ( t agua−t f )−( mhielo .t f ) mhielo
8. !u1 ter(etro se usa ,ara $oseuir ua es$ala ,atr( &e la te,eratura
'a temperatura est# basada en la termodin#mica de un sistema perfecto$ tal como un gas ideal de esto resulta la escala termodin#mica de temperatura medida en ?elvin (?- la cual es inalcan/able, 'o que 4acemos es la segunda me9or opción utili/amos sistemas termodin#micos imperfectos para lograr una escala de temperatura de traba9o$ tan cerca de la ideal como podamos, Esta escala de traba9o es la Escala @nternacional de Temperatura de 1++0 (@T=*+0- es medida en grados elsius para temperatura arriba de los 0 grados ?elvin o elsius para deba9o de 0 grados, 'os termómetros atrones est#n regidos ba9o %rganismos Etran9eros con Aeconocimiento @nternacional,
. !u1 es e)uivalete e aua &e u $aloretro
uando un l!quido contenido en un calor!metro recibe calor (energ!a- la absorbe$ pero tambi&n la absorben las paredes del calor!metro, 'o mismo sucede cuando pierde energ!a, Esta intervención del calor!metro en el proceso se representa por su equivalente en agua: su presencia equivale a aadir al l!quido que contiene los gramos de agua que asignamos a la influencia del calor!metro que llamamos Bequivalente en aguaB, El Bequivalente en aguaB viene a ser Bla cantidad de agua que absorbe o desprende el mismo calor que el calor!metroB,
0. !$(o os al$aa el $alor &el sol
omo sabemos los cuerpos no tienen calor$ sino energ!a interna, El calor es la transferencia de parte de dic4a energ!a interna (energ!a t&rmica- de un sistema a otro$ con la condición de que est&n a diferente temperatura, Entre los que cabe mencionar la
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Universidad Nacional de Ingeniería 1J Calorimetría II
radiación$ la conducción la convección$ aunque en la maor!a de los procesos reales todos los mecanismos anteriores se encuentran presentes en maor o menor grado, En el caso de la energ!a calórica generada por el sol$ nos llega por Aadiación, . !Por )u1 so ,latea&as las ,are&es iteras &e u tero
'as paredes internas de un termo son plateadas porque la energ!a en forma de calor se disipa en radiaciones las paredes plateadas audan a refle9ar estas radiaciones de calor internamente$ de manera que la sustancia contenida en el calor!metro siempre tenga la misma temperatura con ello se asegure su energ!a interna constante,
2. !"u#l es el $alor es,e$'i$o &el ielo
El calor espec!fico del 4ielo es 0$5 calg,< el cual tiene su equivalente en 20+0 CDg,< 3. !$u#l es el $alor es,e$'i$o &el aua
El calor especifico del agua es 1cal g
O7SER;ACIONES $ENERA"ES !'rante la realiaci.n del e<(erimento se ('do o0servar como los J4ml de ag'a =e/'ivalente a J4g en masa de ag'a> a 'na tem(erat'ra de DC* /'e se encontra0a en el calorímetro de ca(acidad calorí9ca = Cc %&,@1H% calGC> al meclarse con 4g de -ielo = dividido en (e/'eos troos> a 'n tem(erat'ra de 4CB Intercam0ian energía =energía en tr+nsito calor> -asta llegar a 'na tem(erat'ra de e/'ili0rio* en el c'al cesa en intercam0io de energía, Es así /'e a (artir de la 1 "e3 de la termodin+mica = ∑ Q i 4 > se o0tiene los c+lc'los matem+ticos (ara -allar el calor latente de 2'si.n = P2 Q=m% Cc>=T%KTm> m1=TmKT1>Gm1 !'rante la realiaci.n del e<(erimento se ('do o0servar como al meclar J4ml en vol'men de ag'a =e/'ivalente a J4g en masa de ag'a> /'e se encontra0a re(osando en el calorímetro =(ara esta0iliar la tem(erat'ra entre la s'stancia 3 el calorímetro> 3 el va(or de ag'a /'e 'ía (or el sistema antes armado = 'n so(orte 'niversal en el /'e s')eta0a a 'n erlenme3er /'e re(osa0a so0re 'na re)illa de as0esto en 'n trí(ode * al c'al FIGMM
Universidad Nacional de Ingeniería 1D Calorimetría II
se le a'menta0a la tem(erat'ra (or 'n mec-ero de 0'nsen colocado en la (arte in2erior >* -asta llegar a la tem(erat'ra de e/'ili0rio, Es así /'e a (artir de la 1 "e3 de la termodin+mica = ∑ Q i 4 > se o0tiene los c+lc'los matem+ticos (ara -allar el calor latente de va(oriaci.n = P v Q=m1 Cc>=TmKT1> m%=T%KTm>Gm%
CONC"USIONES En el (rimer e<(erimento llegamos a la concl'si.n de /'e es com(licado -allar en el la0oratorio con e
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Universidad Nacional de Ingeniería %4 Calorimetría II
A?"ICACIONES El va(or es 'sado en 'n gran rango de ind'strias, "as a(licaciones m+s com'nes (ara el va(or son* (or e)em(lo* (rocesos calentados (or va(or en 2+0ricas 3 (lantas* 3 t'r0inas im('lsadas (or va(or en (lantas elctricas* (ero el 'so del va(or en la ind'stria se e
Esteriliaci.nGCalentamiento
•
Im('lsoGMovimiento FIGMM
Universidad Nacional de Ingeniería %1 Calorimetría II •
Motri
•
Atomiaci.n
•
"im(iea
•
idrataci.n
•
'midi9caci.n
RECOMEN!ACIONES
Siem(re 'sar la ind'mentaria necesaria en el la0oratorio* 3a sea g'arda(olvo mascarillas g'antes,
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Estar siem(re atentos a c'al/'ier event'alidad /'e ('ede oc'rrir en el la0oratorio* 3a /'e constantemente en el desarrollo de este la0oratorio vamos a reaccionando s'stancias 'n tanto (eligrosas,
estar
7I7"IO$RAFVA Sil0er0erg, W'ímica X"a nat'ralea molec'lar del cam0io 3 la materiaY seg'nda edici.n* editorial: Mc $raZKill, 7roZn* "ema3* 7'rsten, W'ímica X"a ciencia centralY novena edici.n* editorial ?earson, FIGMM
Universidad Nacional de Ingeniería %& Calorimetría II
Ra3mond C-ang, XW'ímica $eneralY s(tima edici.n* editorial: Mc $raZKill, [-itten ,[,* !avis R,E,* ?ec8 M,", =1DDJ> \W'ímica $eneral\, Ed, Mc$raZK ill, ?etr'cci R,,* arZood [,S, =%44%> \W'ímica $eneral: ?rinci(ios 3 A(licaciones Modernas\, Ed, ?renticeKall,
FIGMM
