Determinación de calor específico.

Nombre del trabajo: Práctica N. 2 Determinación de Calor Especifico.

Fecha de entrega: 01 de Marzo  del 2016

Carrera /Prepa: Químico Farmacéutico Biotecnología

Semestre/Cuatrimestre: 6 to semestre

Objetivo

Determinar el calor específico de algunos materiales sólidos, usando el calorímetro y agua como sustancia cuyo valor de calor específico es conocido.

Introducción

La capacidad calorífica o simplemente calor especifico, como suele llamarse,es el calor requerido por un material para elevar un grado de temperatura de una unidad de masa. Un material con calor específico elevado, como el agua, requiere mucho calor para cambiar su temperatura, mientras que un material con un calor especifico bajo, como la plata, requiere poco calor específico para cambiar su temperatura. (A., 1996)

La cantidad de calor Q necesaria para calentar un objeto de masa “m” elevando su temperatura ΔT, está dada por:

Q=mc∆T

Donde “c” es el calor especifico del material a partir del cual se ha fabricado el objeto. Si este se enfría, entonces el cambio en la temperatura es negativo, y el calor Q se desprende del objeto.  Las unidades del calor específico son:

Cal/g°C, J/Kg°C o BTU/lb °F

La cantidad de calor transferida o absorbida por el sistema depende de las condiciones en que se ejecuta el proceso.

 El calor latente de cambio de estado de una sustancia, es la cantidad de calor que hay que suministrar a su unidad de masa para que cambie de un estado de agregación a otro, lo que hace a temperatura constante. Así el calor latente de fusión es el correspondiente al cambio de estado sólido a líquido, que tiene el mismo valor que en el proceso inverso de líquido a sólido.

Qa=Qb+Qc

Una de las formas de determinar el calor latente de cambio de estado es por el método de las mezclas. Consiste en mezclar dos sustancias(o una misma en dos estados de agregación distintos) a diferentes temperaturas y presión constante, de manera que una de ellas ceda calor a la otra y la temperatura del equilibrio final es tal que una de ellas al alcanzarla, realiza un cambio de estado. Es una condición importante es que no haya perdidas caloríficas con el medio exterior. Esto se consigue ubicando la mezcla en el calorímetro, que hace prácticamente despreciable esta pérdida calorífica hacia el exterior.

o haciendo uso de la primera ecuación, podemos escribir:

𝑚𝑎𝑐𝑎∆𝑇𝑎 = 𝑚𝑏𝑐𝑏∆𝑇𝑏 + 𝑚𝑐𝑐𝑐∆𝑇𝑐

De esta expresión podemos, midiendo las masas y los cambios en temperaturas, alguno de los calores específicos cuando conocemos los dos restantes. En esta práctica primeramente determinaremos el calor específico del material del que está hecho el vaso interior del calorímetro (usualmente es de aluminio) suponiendo que conocemos su valor para el caso del agua. En una segunda fase determinaremos el calor específico de algún material sólido, conocidos los valores para el agua y el material del calorímetro, los cuales se obtendrán utilizando la última ecuación.

[pic 1]

De donde podemos observar que si uno de los calores específicos es conocido además del calorímetro, entonces, el otro queda automáticamente determinado. Este es el fundamento del método de mezclas que conduce a la determinación del calor específico medido de un intervalo de temperatura de un rango amplio (Lea & Burque, 1997)

El calorímetro es un recipiente construido de tal forma que impide la conducción de calor a su través. En la mayoría de los casos suele tener dobles paredes entre las que se ha hecho el vacío o lleva un material aislante térmico, que impide o minimiza la conducción de calor y por ello conserva muy bien la temperatura de los cuerpos que se encuentran dentro. En su tapadera llevan dos orificios, uno para introducir el termómetro y el otro para el agitador, fue diseñado para el estudio de las mediciones en intercambio de calor. (Calor especifico y calorimetría, 2015)

Material

• Calorímetro de doble vaso de aluminio.
• 2 Termómetros.
• Balanza granataria
• 3 vasos de precipitado de 50 o 100 ml.
• Una pieza de metal
• Un tipié con rejilla.
• Un mechero de Bunsen
• Un guante de asbesto
• Un agitador de vidrio
• Vasos de unicel

Metodología

Primera fase: Determinación del calor específico del calorímetro.

1. Se midió la masa del vaso interior del calorímetro
2. Se vertió en el calorímetro 20 ml de agua a temperatura ambiente
3. Se aisló el calorímetro colocándole la tapa y mide la temperatura de equilibrio
4. Se vertió en el calorímetro 50 ml de agua (m1) a una temperatura aproximadamente de 70 °C.
5. Se midió la temperatura de equilibrio.

Segunda fase:

1. Se midió la masa del vaso interior del vaso de unicel.
2. Se midió la masa total del calorímetro (incluyendo el termómetro).
3. Se midió la masa total (calorímetro, material y termómetro).
4. Se determinó la masa del material.
5. Se midió de 50 mL de agua y se calentó a 70 °C
6. Se midió la temperatura inicial del material y el vaso interior del calorímetro(unicel).
7. Se dispuso el agua con las condiciones del punto 5 y verter en el calorímetro. En condiciones de equilibrio térmico medir la temperatura.
8. En seguida se midió la masa total del calorímetro con la pieza de material, el agua que vaciaste y el termómetro
9. Se determinó la masa de agua vertida, tomando en cuenta el resultado del punto 3 y 8.
10. Se vació el agua del calorímetro a un vaso de precipitados y calentar hasta la temperatura indicada en el punto 5.
11. Se bañó con agua fría la pieza de material y el vaso interior del calorímetro para disminuir su temperatura y secar las piezas.
12. Se colocó el vaso interior del calorímetro (vaso de unicel) en su lugar y poner la pieza dentro del calorímetro. En estas condiciones, se repitió el procedimiento desde el paso 6 hasta el 10.
13. Se repitió para obtener 2 valores de calor específico del material.

Tercera fase:

1. Se colocó una masa de agua, que venga a ocupar la tercera parte de un vaso de unicel y registra cuánto pesa a la temperatura ambiente.
2. Por otra parte, se calentó una masa del líquido problema, hasta una temperatura.
3. Se añadió el líquido problema al vaso con agua y agitando la mezcla se esperó hasta que alcanzara la temperatura de equilibrio.

Resultados:

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Ecuación1.  Permite calcular la capacidad del calorímetro.

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Ecuación 2. Permite calcular el calor especifico, de un líquido/sustancia.[pic 8]

Tabla 6. Datos para determinar el calor especifico de los materiales utilizados (cobre y aluminio). Se adjuntan valores de error estándar y media del calor especifico.

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