Practica Calorimetría y calor latente

7/29/2019 Practica Calorimetra y calor latente

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Laboratorio de Fisicoqumica

PRCTICACALORIMETRA Y CALOR LATENTE

INTRODUCCIN Al mezclar dos cantidades de lquidos a distinta temperatura se genera unatransferencia de energa en forma de calor desde el ms caliente al ms fro. Dichotrnsito de energa se mantiene hasta que se igualan las temperaturas, cuando se diceque ha alcanzado el equilibrio trmico.La cantidad de calor ( q) que se transfiere desde el lquido caliente, o la que absorbe elfro, responde a la expresin:

donde m es la masa del lquido, C e su calor especfico y T la variacin de temperaturaque experimentan.

1. MEDIDA DE LA CAPACIDAD CALORFICA DE UN CALORMETRO Las transferencias de calor se miden en un calormetro a travs de variaciones detemperatura. Previo a toda experiencia es necesario calibrarlo , esto es, determinar sucapacidad calorfica.Para realizar el calibrado, se mezclan cierta cantidad de agua fra con agua caliente yse mide la temperatura de equilibrio. Durante este proceso una parte de la energacedida por el agua caliente es absorbida por el calormetro que eleva su temperaturadesde T 2 a T e . En consecuencia, como en el calormetro no se producen prdidas deenerga hacia el exterior, la variacin del conjunto formado por el calormetro y lascantidades de agua ser nula, por lo que se puede escribir

( ) ( ) ( )

donde C K 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 delagua como 1 cal/gC.

Diseo experimental y recogida de datos Colocar un volumen conocido de agua (medidos cuidadosamente con la probeta) en elcalormetro y tpese colocando el termmetro y el agitador. Al cabo de cierto tiempoantese su temperatura ( T 2 ).Colocar un volumen igual en un matraz Erlenmeyer, el cual se sujetar al soportemediante la pinza y la varilla. En l se introduce un termmetro suspendido de la placasoporte sin que llegue a tocar el fondo del vaso, como se muestra en la figura 1.


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Figura 1. Ilustracin del montaje que debe disponerse para realizar esta prctica.

Se calienta el agua hasta alcanzar unos 80C, y a continuacin se vierte en elcalormetro, procurando anotar su temperatura ( T 1) justo antes de introducirse en elmismo. Una vez ambas porciones de agua se encuentran en el calormetro, se agitaligeramente y se lee la temperatura de equilibrio T e al cabo de un minuto (o el tiemporequerido para que la lectura del termmetro se mantenga estable). En la medida de loposible intntese apreciar hasta la mitad de grado en la lectura de las temperaturas. Se propone realizar dos experiencias semejantes utilizando en cada una de ellasdiferentes cantidades de agua caliente y fra.

1. Masa de agua fra = m 2 = ___ g + masa de agua caliente = m 1 = ___ g2. Masa de agua fra = m 2 = ___ g + masa de agua caliente = m 1 = ___ g

Los datos de ambas experiencias se trasladan a la tabla siguiente:m 1 m 2 T1 (C) T 2 (C) T e (C)

Caso 1Caso 2


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Resultados1. Efectuando los clculos que se derivan de la expresin (1), se determina el valor dela capacidad calorfica C K y del equivalente en agua K en ambos casos. La capacidadcalorfica del calormetro se asigna al valor medio de los dos valores encontrados.Igualmente se hace con el equivalente en agua.

2. Expresar los resultados en caloras y en unidades del Sistema Internacional,sabiendo que 1cal = 4,185 J.3. Los valores que se obtienen para C K dependen de la cantidad de lquido que seutiliza en la experiencia?

2. MEDIDA DEL CALOR LATENTE DE FUSIN DEL HIELO

El calor latente de fusin L F se define como la cantidad de calor por unidad de masanecesaria para fundir un slido que coexiste con el lquido a la temperatura de fusin.Por lo tanto, la energa total en forma de calor Q F necesaria para fundir una masa M dehielo se encuentra en agua a la temperatura de 0C vendr dada por:

QF = LF M

El valor experimental aceptado para el calor latente de fusin del hielo es L F = 80 cal/ g= 3.34x10 5 J/kg. Al realizar la medida experimental de L F debemos asegurarnos de queel hielo se encuentre precisamente a 0C, por lo que si el hielo se saca de uncongelador se deber dejarlo alcanzar la coexistencia con el agua.

Procedimiento experimental Se calientan en un matraz unos 200 ml de agua hasta unos 30C, que controlaremoscon un termmetro. De esta agua templada se toman exactamente V 1=150ml medidosen una probeta. Esta cantidad de agua M 1=150g se decantan en el calormetro,midindose al cabo de unos minutos la temperatura de equilibrio T 1 de agua ycalormetro.Por otra parte se toma una cantidad de hielo picado o, en su defecto, varios cubitos dehielo que se trocean envolvindolos con un pao y golpendolos contra el suelo,procurando que est lo ms seco posible antes de echarlo en el calormetro. La masade hielo M 2 se medir posteriormente una vez fundido a partir del incremento delvolumen total del agua en el calormetro. Seguidamente se agita el calormetro y alcabo de unos minutos se anota la temperatura T E del equilibrio, que deber ser necesariamente superior a 0C; de lo contrario se deber repetir la experiencia conmenor cantidad de hielo. Es conveniente aproximar las medidas de las temperaturashasta medio grado, aunque, en rigor la escala slo permita lecturas de unidades degrado.

Recogida de datos El volumen de agua procedente del hielo fundido V 2 se obtiene midiendo el volumentotal de agua en el calormetro V A h, de manera que V 2 = V A - V 1. La masa M 2 de hielovendr entonces dada por m 2 = V2 , tomando = 1.0 g/ml, para la densidad del agua atemperatura ambiente.


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Construir una tabla con los valores todos los datos experimentales: volumen, masa ytemperatura iniciales del agua templada (V 1, m 1, T 1) y del hielo fundido (V 2, m 2,T2=0C), y temperatura de equilibrio T E.

Clculos El clculo de L F = Q F /m 2 se lleva a cabo utilizando la expresin calorimtrica:

m 1 Ce (TE - T 1) + C K (TE - T 1) + Q F + m 2 C e (TE - T2) = 0

siendo C e= 1.0 cal/(g C) y C K la capacidad calorfica del calormetro, obtenida en laprimera parte de la prctica.Expresar el valor obtenido para L F en unidades del Sistema Internacional. Comparar dicho valor con el valor experimental aceptado para el calor de fusin del hielo dadoms arriba. Repasa el procedimiento experimental que has seguido y discute cules

son en tu opinin las mayores fuentes de incertidumbre al realizar las medidas.

MEDIDA DEL CALOR LATENTE DE VAPORIZACIN DEL AGUAEn el cambio de estado lquido-vapor que se pone de manifiesto en la ebullicin delagua, la energa del foco calorfico que se transfiere a las molculas de agua hace questas adquieran una gran energa cintica. Este aumento de energa hace que algunasmolculas sean capaces de vencer las fuerzas intermoleculares de la superficie dellquido que tienden a retenerlas y pasen a la fase vapor.La temperatura a que se produce este fenmeno recibe el nombre de temperatura de ebullicin y se mantiene invariable aunque se aporte ms energa al lquido. Si se contina calentando, toda la energa adicional ir a evaporar ms molculas hasta que

todas ellas hayan pasado a la fase gaseosa y solo entonces, empezar a calentarse el vapor resultante. Cuando la presin es de 1 atm (760 mm Hg), la temperatura de ebullicin es de 100C, siendo menor cuanto menor es la presin atmosfrica. Para transformar m gramos de agua a 100C en m gramos de vapor tambin a 100Cse precisa una cantidad de energa en forma de calor Q V. El calor de vaporizacin L V,es la cantidad de calor necesaria para que se evapore 1 g de agua. Por lo tanto puededeterminarse como:

El valor de L V establecido experimentalmente es 540 cal / g, 2.26x10 6 J / kg.

Procedimiento experimental Los materiales que se utilizan en esta prctica deben disponerse como en la figuraadjunta. Se comienza midiendo en la probeta con exactitud un volumen de aguaV1=100 ml, que se echan en el Erlenmeyer. A continuacin se coloca el termmetro demanera que el bulbo quede situado dentro del agua y se enciende el mechero Bunsen.Es importante no modificar la llama del mechero durante toda la experiencia.


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Cuando el agua alcanza 30 C, se mide el tiempo que tarda en alcanzar los 70 C, datoque se utilizar despus para determinar la potencia calorfica, P, del mechero.

Adems del tiempo total, se anotarn los tiempos parciales a 40 C, 50 C y 60 C, conel fin de construir la curva de calentamiento del mechero.En el momento en que el agua tiende a hervir, se mantiene as durante 10 minutos y se

apaga el mechero. Transcurridos unos minutos y con cuidado, se afloja la nuez quesujeta la pinza y utilizando sta como asa del Erlenmeyer se echa el agua caliente en laprobeta, midiendo el volumen V, a partir del cual podemos conocer la parte que seevapor, V 2 (V2 = V 1 V). Suponiendo que la densidad del agua es 1 g/cm 3, tendremosas tambin la masa de agua evaporada, m 2.

Clculos El calor invertido en calentar el agua es:

donde C e es la capacidad calorfica del agua, C e = 1.0 cal/gC. Por lo tanto, la potenciacalorfica del mechero, P, se puede calcular como

Donde t es el tiempo que se tarda en calentar el agua desde 30C a 70C, expresadoen segundos, y T es el incremento de temperatura entre esos dos valores, es decir,40C. Sus unidades son cal/s. Con ese valor de P, se obtiene L V mediante la expresin:

(cal/g)

Donde 600 es el nmero de segundos correspondientes a los 10 minutos que hemoscalentado despus de que el agua haya entrado en ebullicin.Comparar el resultado obtenido con el experimental dado anteriormente y comentar cules son las posibles fuentes de error que expliquen las posibles discrepancias

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