Calorimetria

Introducción

Para todo proceso que ocurre a presión constante y en equilibrio mecánico con el entorno, el calor asociado es igual a la variación de Entalpía del proceso Qp = H

La calorimetría es el estudio de la transferencia de calor durante procesos físicos y químicos. Un calorímetro es un aparato para medir la transferencia de energía en forma de calor. El mecanismo más común para medir la energía interna es la bomba calorimétrica adiabática. El cambio en la temperatura del calorímetro es proporcional al calor que la reacción absorbe o libera, por lo que midiendo T°, podemos determinar el calor asociado, y en consecuencia, hallar el U (variación de la energía interna).

La capacidad calorífica se define como la relación entre el calor producido o absorbido (Qp), y la variación de temperatura que lo origina. Es decir, es la cantidad de calor que produce una variación de temperatura en 1° celsius, es una propiedad extensiva, por lo tanto su valor depende de la masa del sistema.

Cuando hablamos de calor cedido, nos referimos a un Proceso Exotérmico (H<0), y cuando es calor absorbido se llama Proceso Endotérmico (H>0).

Antes de utilizar un calorímetro es necesario conocer el valor de su capacidad calorífica, llamada también ‘Constante del calorímetro’ (Ck). Esta corresponde a la cantidad de calor absorbida o liberada por las distintas partes del mismo cuando se aumenta o disminuye su temperatura en una unidad (Celsius o Kelvin).

Durante todas las experiencias, las medidas deben realizarse con un volumen de líquido constante, ya que si este varía, cambiará la constante del calorímetro.

Para realizar la determinación, se coloca dentro del calorímetro una masa conocida de agua (m1) y se determina su T° inicial (T1). Se agrega otra masa conocida de agua (m2) a una T° conocida (T2). Se determina la T° final del sistema (Tf) y se calcula la Ck considerando al calorímetro como recipiente adiabático (no intercambia calor con su entorno).

La conversión de hielo en agua es un cambio de fase (fusión) que ocurre con absorción de calor (H>0). Mientras transcurre el cambio de fase la temperatura no cambia, una vez que todo el hielo se funde, la T° cambia hasta T° final (Tf).

La disolución de una sustancia solida en agua puede involucrar absorción o liberación de calor. Si se conocen las masas del sólido y del agua, así como las T° inicial y final del contenido del calorímetro, puede determinarse el calor asociado a este proceso. La neutralización de un acido fuerte con una base fuerte también ocurre con variación de calor.

Objetivos

Verificar la Ley de Hess.

Estudiar procesos físicos y químicos en los cuales se producen cambios térmicos.

Conocer el funcionamiento de un calorímetro adiabático en procesos termodinámicos.

Determinar experimentalmente la constante de un calorímetro.

Determinar el calor de fusión de hielo.

Determinar el calor de disolución de una sustancia.

Métodos y Materiales

Materiales

Calorímetro Adiabático.

Termómetro (0-100ºC).

Vasos de Precipitado.

Probetas.

Mechero.

Trípode con rejilla.

Hielo en cubitos.

Balanza Analítica.

Reactivos: NaOH

Método Experimental

1º- Determinación de la Constante del Calorímetro (CK).

Se calentó, con la ayuda del mechero, 25 mL de agua en un vaso de pp previamente masado hasta una temperatura aproximada de 60ºC, rápidamente se volcó toda el agua en el calorímetro y este se tapó.

En seguida se masó el mismo vaso de pp y se obtuvo por diferencia la masa del agua agregada (m1). Luego se midió la temperatura alcanzada (siempre con el calorímetro tapado) a través del termómetro y se rotuló como T1.

Desde otro vaso de pp (previo masado), se agregaron 25 mL de agua ‘fría’ (a T° ambiente) y se anotó esta temperatura como T2. Se agitó suavemente el contenido del calorímetro y se registró el valor de la temperatura final del sistema como Tf.

A continuación, se masó nuevamente el vaso para calcular por diferencia la masa de agua agregada (m2).

2°¬- Determinación del calor de fusión del Hielo.

Con el fin de enfriarlo, el calorímetro se enjuagó varias veces con agua destilada. En seguida, se midieron 50 mL de agua (a T° ambiente) en una probeta y se agregaron al calorímetro, se calculó la masa de agua al igual que en el caso anterior y se anotó como m1.

Se tapó, y luego se tomó la temperatura ambiente registrada por el termómetro (T1).

Se destapó levemente el calorímetro, y se agregó un cubito de hielo previamente masado (del cual se tomó T2 como la temperatura a la que este estaba en equilibrio con agua líquida), se tapó de nuevo y agitando suavemente se registró la temperatura final (Tf), la cual permaneció en un valor constante.

3°- Determinación del calor de disolución de una sustancia.

Se agregaron, por medio de una probeta, 50 mL de agua destilada al calorímetro, luego se determinó la masa (m1) y la temperatura ambiente (T1) del agua. En seguida se masó 0.5 (g) de NaOH sólido con una aproximación de 0,01 (g) y se agregó en el calorímetro para rápidamente taparlo.

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