CALOR ESPECÍFICO DE LIQUIDOS Y SOLUCIONES

Laboratorio de Fisicoquímica 1, Calor especifico de líquidos y soluciones L-QMC-1206

CALOR ESPECÍFICO DE LIQUIDOS Y SOLUCIONES

I. INTRODUCCION

Las medidas de cantidades de calor que absorber o liberar las sustancias sólidas o liquidas depende de la naturaleza química así por ejemplo, si distintos cuerpos de la misma masa, sean de Hierro, estaño. etc. A una misma temperatura y los proyectamos sobre un bloque de hielo observamos que la cantidad de hielo fundida por cada uno de ellos será distinta; el hierro fundirá mayor cantidad le seguirá el cobre, luego el estaño. Doremos pues que la cantidad de calor que tiene el hierro era mayor que la contenida en el cobre o el estaño.

Si dos cuerpos proyectados sobre un bloque de hielo funden una misma masa de este diremos que ambos cuerpos peinen la misma cantidad de calor y si uno de ellos funde una masa doble que el otro la cantidad de calor que contenía el primero era doble de la que contenía el segundo. El calor es pues una magnitud física medidle.

En las aplicaciones industriales se conocen valores constates de la cantidad de calor que pueden absorber o liberar los cuerpos cuando su masa es de Kilogramo y las variaciones de temperatura son de 1°C. Esto se conoce como el calor especifico de las sustancias sólidos o liquidas

Para determinar experimentalmente esta propiedad física, se emplean métodos físicos para líquidos puros el método conocido es el de la resistencia eléctrica y de soluciones es el método de las mezclas II. OBJETIVOS

Determinar el calor específico de líquidos puros por el método de la resistencia eléctrica para aplicar en los cálculos de procesos termodinámicos.

Determinar el calor específico de las soluciones a diferentes concentraciones, para analizar el comportamiento del calor específico en función de la concentración por el método de las mezclas.

III. FUNDAMENTO TEORICO

El calor específico de sustancia se refiere a la cantidad de calor que puede absorber o liberar cuando a una masa de un gramo de dicha sustancia varia su temperatura en 1°C.

La cantidad de calor que la materia libera o absorbe depende de su estructura o naturaleza química.

Cantidad de materia. Cambio de temperatura que pueda soportar.

Dicho de otro modo si designamos por Q la cantidad de calor que observe un cuerpo de masa m para elevar su temperatura desde T1 a T2 la relación:

Alvaro M. Gonzales R.

Laboratorio N º7 Pág.1


Ce=Q

m(T2−T 1 )

Define el calor específico medio del cuerpo entre las temperaturas indicadas Para calcular la cantidad de calor Q se hace uso del método de la resistencia eléctrica que consiste en evaluar el trabajo eléctrico requerido para calentar una masa de agua El trabajo eléctrico W e se define como la capacidad de carga q que se puede desplazar por una diferencia de potencial V esto es:

W e=q∗V

El trabajo eléctrico tiene unidad de julio y la capacidad de carga es equivalente a la intensidad de corriente I que circula durante un determinado tiempo T es decir q = I * T por lo tanto

W e=I∗t∗V {1.987/8.314 }(Cal .)

Si esta cantidad de trabajo que se realiza es equivalente a la cantidad de calor entregado para calentar una masa de líquido puro entonces

Q=W e

m∗C e∆T=I∗t∗V∗(1.987 /8.314)(Cal .)

Esta función se puede aplicar para efectuar cambios en la temperatura de una masa de líquido a través del tiempo cuando se aplica una intensidad de corriente y voltaje constante esto es al diferencial dT/dt se tiene:

dTdt

= I×Vm×Ce

∗0 .2390 (Cal .)

Integrando esta función entre los límites que se indican se tiene:

∫ dT=K ∫ dt

T – T o=Kt

T=T o+Kt Ec .Lineal .

Esta expresión es una función lineal cuando se grafica T vs. t cuya pendiente de la que se puede despejar el calor especifico del líquido puro que se estudia

La determinación del calor especifico de soluciones por el método de las mezclas consiste en calentar hasta una temperatura Tc la solución de concentración conocida y cuyo calor especifico se desea conocer agregar esta a agua fría que esta a una temperatura T1 menor a Tc cuyo calor especifico se conoce.




Entonces la masa de la solución caliente habrá cedido una cantidad de calor a la masa de agua fría hasta alcanzar una temperatura de equilibrio Te por tanto se debe cumplir:

−Qc=Q f

−Cm sol (T c−Te )=C em(T f−T e)Además en el calorímetro hay que tomar un cuenta que, al mismo tiempo que el agua fría, se calienta el vaso colorímetro agitando y parte del termómetro que constituyo los accesorios El calor absorbido por estas partes se conoce con el nombre de constante equivalente del calorímetro designado π cuya manera de determinar se aplica en el tema de calorimetría Bajo este concepto la expresión anterior se modifica de la siguiente manera:

−Cm sol (T c−Te )=C em (T f−Te )+π (T f−T e )

De esta expresión se debe despejar el calor específico C de la solución:

C=−(C em+π )(T f−T e)

msol (T c−T e)

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

4.1 METODO DE LA RESISTENCIA ELECTRICA

MATERIALES Y REACTIVOS

Material ReactivosVaso de precipitación Píldora magnéticaProbeta de 50 ml. Potenciómetro Resistencia TermómetroCronometro

Agua destilada




Fig. Nº1 Esquema del experimento

Procedimiento

Para determinar el calor especifico del agua montar el equipo En esta experiencia trabajaremos con corriente continua Colocar en un vaso de precipitación un volumen de agua igual a 400 ml. Calentar la masa de agua recipiente cuyo valor se desconoce y que debe conectarse una fuente

de energía eléctrica potenciómetro Elegir un voltaje de 20 – 40 voltios y un corriente eléctrica de unos 10 -15 amperímetros Desde el tiempo cero empezar a controlar el tiempo y las variaciones de temperatura de la masa

de agua Realizar una grafica T vs. T para determinar el calor especifico del agua según la ecuación

4.2 METODO DE LAS MEZCLAS

MATERIALES Y REACTIVOS

Material ReactivosCalorímetro TermómetroHornilla Cronometro Vaso de precipitación

Agua destiladaNaCl




Fig. Nº2 Esquema del experimento

Procedimiento

Para determinar el calor específico de una solución, se preparo soluciones NaCl de 150 ml de volumen a diferentes concentraciones (2.5%, 5%, 10%, 12.5%)

Agregue 160 ml de agua fría al calorímetro y regístrese su temperatura. Caliéntese la solución de NaCl hasta una temperatura entre 60−65℃ y agréguese al

calorímetro donde existen 160 ml de agua fría. Posteriormente regístrese la temperatura de equilibrio de las mezcla. Procédase del mismo modo para otras soluciones de concentraciones superiores. La constante equivalente del calorímetro será de 24-29 [cal/ºC].

V. DATOS Y RESULTADOS

5.1 METODO DE LA RESITENCIA ELECTRICA

DATO CANTIDADAmperaje (A) [Amperios ]

6.5

Voltaje (v) [Voltios] 13.8masa de agua (m)[gr ] 400




Nº tiempo(t) [s] Temperatura(T )[℃ ]1 30 182 60 203 90 234 120 255 150 276 180 28,57 210 308 240 31,79 270 33,510 300 35

0 50 100 150 200 250 300 35005

10152025303540

f(x) = 0.0621212121212121 x + 16.92R² = 0.990435881345349

DIAGRAMA T vs t

tiempo (t) [s]

Tem

pera

tura

(T) [

ºC]

Grafica Nº1. Temperatura Vs. Tiempo

C eH 2OteoricoC eH 2OExperimental

1[ calgr∗℃ ] 0.86[ cal

gr∗℃ ]

5.2 METODO DE LAS MEZCLAS

Nº C onc .[% ] mH2O[gr ] msol [gr ] T f [℃] T e [℃ ] T c [℃ ] C e

1 2,5 160 150 19 36 65 0,642 5 160 150 18 37 63 0,803 10 160 150 18,5 48 68 1,124 12,5 160 150 18 36,3 64 0,72




2 4 6 8 10 12 140.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

Calor especifico Vs. %NaCl

Concentracion de NaCl (%NaCl) [%]

Calo

r esp

ecifi

co (C

e) [c

al/g

r*ºC

]

Grafica Nº2. Calor especifico Vs. Concentración de solución de NaCl.

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Después del procesamiento de datos se obtuvo los siguientes resultados:

C eH 2OteoricoC eH 2OExperimental

1[ calgr∗℃ ] 0.86[ cal

gr∗℃ ]Podemos ver que el calor específico del agua obtenido en laboratorio es un 86 % aproximado al calor especifico teórico del agua, esto se debe a la falta de experiencia en la manipulación de instrumentos de laboratorio para la determinación del mismo, sin embargo este tipo de errores se van corrigiendo con la práctica.




Nº C onc .[% ] C e [ calgr∗℃ ]

1 2,5 0,642 5 0,803 10 1,124 12,5 0,72

Analizando los resultados obtenido del calor especifico de soluciones por el método de las mezclas, y con ayuda de la grafica Nº2 podemos inferir sobre los datos obtenidos primero, sabemos que a medida que la solución esta mas diluida el calor especifico va aumentando y tiene a 1 que es el calor especifico del agua, los resultados obtenidos nos dicen todo lo contrario que a medida que se incrementa la concentración de la solución el calor especifico aumenta y en algunos casos dicho calor especifico excede a 1 que es el valor del calor especifico del agua, esto solo sucedería si el calor especifico del NaCl fuera mayor al calor especifico del agua lo que no es cierto. Se recomienda mas cuidado y atención a la hora de registrar datos de laboratorio, verificar el buen estado de los instrumentos usados para minimizar todos los errores posibles.

VII. BIBLIOGRAFIA

Ing. Mario Huanca IbáñezGuía de laboratorio en prácticas de FisicoquímicaEdit. FNI. Oruro-Bolivia-2006

Gilbert W. CastellánFísico QuímicaEdit. Addison Wesley Iberoamericana- México, 1994.

VIII. APENDICE

8.1 CALCULOS

METODO DE LA RESISTENCIA ELECTRICA

T=T o+Kt

Donde K es:

K= I×Vm×Ce

∗0 .2390 (Cal .)




Despejamos Ce:

Ce= I×Vm×K

∗0 .2390 (Cal .)

Reemplazando datos se tiene que:

Ce=0.86[ calgr∗℃ ]

METODO DE LAS MEZCLAS

C=−(C em+π )(T f−T e)

msol (T c−T e)

Ejemplo de cálculo:

Reemplazando datos se tiene que:

C=−(0.86×160+26.5 )∗(19−36)

150∗(65−36)

C=0.64 [ calgr∗℃ ]

8.2. CUESTIONARIO

Explique el método de la resistencia eléctrica para determinar el calor específico de un líquido puro y que sea orgánico. ¿Qué condiciones se deben tomar en cuenta?

Principalmente se debe tomar en cuenta el hecho de que el líquido no sea volátil, y además que a la hora de realizar la experiencia no sobrepasemos la temperatura de ebullición del mismo.

Se disponen en una capsula de porcelana 25 gramos de harina de maíz y se calientan en un horno hasta la temperatura de 85 ℃, seguidamente se agregan a 200 gramos de agua que está a la temperatura de 18 ℃ que están contenidos en un frasco Dewar. La temperatura de equilibrio que se alcanza es de 27.4℃. Considerando las características del frasco, calcular el calor específico de la harina de maíz.

−C emaizmmaiz (Tc−T e )=C em (T f−T e )+π (T f−T e )




C emaiz=−(C em+π )(T f−T e)

mmaiz (T c−T e )

C=−(1×400+26.5 )∗(18−27.4)

25∗(85−27.4 )

C=2.78 [ calgr∗℃ ]



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