Calorimetria Y Termoquimica

Objetivos de la práctica

Determinar experimentalmente:

• Capacidad calorífica de un calorímetro.

• Calor especifico de algunos metales.

• Cálculo de los pesos atómicos aproximados de algunos metales.

• Calor de neutralización de una reacción ácido-base.

• Calor latente de fusión del hielo.

• Calor latente de vaporización del agua.

1. Introducción Teórica

Calor: El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico. El calor puede ser transferido por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección.

Capacidad calorífica: La capacidad calorífica de define como la cantidad de calor que hay que suministrar a toda la extensión de una sustancia para elevar su temperatura en un grado Celsius. Se la representa con la letra C. Para medir la capacidad calorífica bajo unas determinadas condiciones es necesario comparar el calor absorbido por una sustancia o un sistema con el incremento de temperatura resultante. La capacidad calorífica viene dada por:

Dónde: C es la capacidad calorífica. Q es el calor absorbido por el sistema. ΔT es la variación de temperatura.

La capacidad calorífica de un sistema físico depende de la cantidad de sustancia o masa de dicho sistema. Para un sistema formado por una sola sustancia homogénea se define además el calor específico o capacidad calorífica específica “c” a partir de la relación:

Dónde: c es capacidad calorífica específica m es la masa de sustancia considerada

Calor específico: El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en un grado Celsius. En un intervalo donde la capacidad calorífica sea aproximadamente constante

Capacidad Calorífica Molar: Desde el punto de vista químico una forma más útil de definir la capacidad calorífica es la que se refiere a 1 mol, esto es el peso molecular o fórmula en gramos, en consecuencia, se define como la cantidad de calor necesaria para variar 1 mol de una sustancia 1 grado centígrado.

Calor Específico: Es la cantidad de calor, medido en calorías, necesaria para variar 1 gramo de una sustancia 1 grado centígrado. Su símbolo es Ce, el producto del calor específico por el peso molecular, no dará la capacidad calorífica molar.

Ce x PM = C

Caloría: es la cantidad de calor que se requiere para elevar en un grado centígrado, la temperatura de 1 gramo de agua.

Entalpía (H): También llamada contenido calórico, es una función de estado, que se utiliza para tratar los cambios térmicos de las reacciones químicas que se efectúan a presión constante.

Cambio de Entalpía (ΔH): es la cantidad de calor absorbido o desprendido por un sistema cuando la presión es constante.

ΔT H = Qp

Calor de Reacción: Se define como la cantidad de calor que se desprende o absorbe durante una reacción química, esto se debe a la diferencia entre las entalpías de los productos y reactivos a presión constante y a temperatura definida.

Calor de Neutralización (ΔHn): Es la cantidad de calor desprendido cuando reacciona un equivalente de un ácido con un equivalente de una base.

A la presión de una atmósfera el agua puede estar en estado líquido o bien cristalizada en forma de hielo. Si el hielo se le agrega energía en forma de calor, dicha energía se gasta, en primer lugar, en elevar la temperatura del mismo hasta 0C, si es que no estaba inicialmente a esa temperatura. Si la masa de hielo está a 0C, la energía calorífica suministrada se sigue consumiendo en realizar un trabajo: el desmoronamiento del edificio cristalino, licuándose. Mientras existan "enlaces cristalinos" que romper, el calor se sigue gastando en ese trabajo de licuación; solamente cuando todo el sólido ha pasado a ser agua líquida, la energía calorífica comienza a elevar la temperatura del líquido. Se denomina calor latente de fusión (L), a las calorías necesarias para fundir un gramo de una sustancia a la temperatura del punto de fusión. El calor latente de fusión del hielo es 80 cal/g, lo que significa que han de gastarse 80 cal de energía para pasar 1 g de hielo a 0C a 1 g de agua a 0C. De donde resulta que, el calor (Q) necesario para fundir una masa "m" de hielo a 0 está dado por:

El calor latente de vaporización del agua, es el calor que hay que suministrar a 1 g de agua líquida a la temperatura de ebullición para que se pase a vapor sin variar la temperatura.

Mientras dura la ebullición, la temperatura permanece constante, la energía calorífica que se suministra a un líquido cuando hierve se gasta en realizar un trabajo contra las fuertes de "enlace" existentes entre las partículas en estado líquido. De este modo se consigue liberar de las interacciones a esas partículas y que dotadas de tres grados de libertad, se convierten en vapor.

2. Materiales y reactivos necesarios

Ácido clorhídrico Hidróxido de sodio Probeta 250 ml

termometro Pequeño trozo de metal Vasos de precipitado

balanza calorímetro mechero

Tripode Rejilla Trozos de hielo

matraz Comunicador con tampones y salida de aire

3. Proceso Químico

Experimento N° 1

PROCEDIMIENTO A

1) Ponga exactamente 100 ml de agua destilada fría al calorímetro, anote la temperatura (t1).

2) Ponga a hervir en el otro vaso de 150 ml aproximadamente100 de agua hasta ebullición y en el momento antes de verter esta agua caliente el calorímetro anote su temperatura (t2).

3) Tan pronto como el termómetro esté frío y seco, colóquelo en el calorímetro y rápidamente agregue el agua caliente a t2.

4) Agite con el termómetro y anote la temperatura de mezcla (tm).

PROCEDIMIENTO B

1) Ponga a hervir en uno de los vasos de 150 ml, aproximadamente 60 ml de agua hasta ebullición.

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