Informe de Química 9

7/18/2019 Informe de Química 9

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INTRODUCCIÓN

Por la misma época que se descubrió la equivalencia entre el calor y eltrabajo se estaba desarrollando la teoría molecular de la materia, queconsiste en:

• Todos los cuerpos están formados por partículas pequeñísimasllamadas moléculas.

• as moléculas no ocupan todo el volumen del cuerpo que forman:entre ellas !ay espacios vacíos llamados intermoleculares, cuyasdimensiones varían con el estado del cuerpo "sólido, líquido #aseoso$.

• %ntre molécula y molécula se ejercen ciertas fuer&as, llamadasdesco!esión.

• as moléculas están en movimiento.

%sta teoría ayuda a e'plicar los fenómenos calóricos. %sto permite !acer lasi#uiente !ipótesis:

• %l calor "forma de ener#ía$ que posee un cuerpo es la suma de lasener#ías de sus moléculas.

• a mayor o menor temperatura de un cuerpo se debe a la mayor omenor velocidad de sus moléculas.

• (e esa manera se interpreta que: dar calor a un cuerpo,si#ni)caaumentar la ener#ía mecánica de sus moléculas* quitarlecalor es disminuir la ener#ía mecánica de sus moléculas.

• +apacidad calórica de una sustancia a la cantidad de calor que ellaabsorbe para aumentar su temperatura en -+.

• Para calentar masas i#uales de sustancias diferentes a la misma

temperatura, es necesario darle cantidades distintas de ener#íacalórica. %sto nos indica que cada sustancia tiene su propia aptitudpara absorber el calor.

• n aumento o una disminución de la ener#ía de las moléculasprovocaran, por lo #eneral, un aumento o disminución de suvelocidad, y por lo tanto, un aumento o una disminución de latemperatura del cuerpo. %n otros casos, la variación de la ener#ía delas moléculas provocará un cambio de estado del cuerpo, sin que!aya variación de sus velocidades, es decir, sin que se produ&ca unavariación de la temperatura.



OBJETIVOS• (eterminar cuantitativamente la ener#ía asociada a los cambios

químicos y físicos.• (eterminar e'perimentalmente las capacidades calorí)cas a presión

constante atmosférica de sólidos y del sistema calorimétrico.

PRINCIPIOS TEÓRICOS

+/01

%l calor es la transferencia de ener#ía entre diferentes cuerpos o diferentes

&onas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas.%ste 2ujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura !acia elcuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor !astaque ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico. a ener#ía puedeser transferida por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar laradiación, la conducción y la convección. a condición esencial para quee'ista calor es que de !aber diferencia temperaturas en 3 sustancias, esdecir:

T4T3

+ontacto 5ólido

+/P/+6(/( +/01786+/

a capacidad calorí)ca "+$ de una sustancia es la cantidad de calornecesario para elevar un #rado +elsius la temperatura de una cantidad

determinada de sustancia. %l calor especí)co es una propiedad intensiva, entanto que la capacidad calorí)ca es una propiedad e'tensiva. a relaciónentre la capacidad calorí)ca y el calor especí)co de una sustancia es:

+ 9 m+e

(onde m es la masa de la sustancia en #ramos. Por ejemplo el calorespecí)co del a#ua es .; <=#-+ y la capacidad calorí)ca de >?#ramos dea#ua es:">?.? #$ ".; <=#. -+$ 9 3@ <=-+

5i se conoce el calor especí)co y la cantidad de una sustancia, entonces elcambio en la temperatura de una muestra "At$ indicara la cantidad de calor

"q$ que se !a absorbido o liberado en un proceso en particular. a ecuaciónpara calcular el cambio de calor está dada por:

5ólido 3

Temperatura T3

5ólido

Temperatura T +alor B



B9ms ∆ t

B9c ∆ t

(onde m es la masa de la muestra y ∆ t es el cambio de la temperatura.

∆ t =tfinal−tinicial

%l si#no convencional de q es i#ual que para el cambio de entalpía* que espositivo para procesos endotérmicos y ne#ativo para procesos e'otérmicos.

+/01 %5P%+786+0

%s la cantidad de calor necesaria para que la temperatura de masa de uncuerpo puro, diferente del a#ua, ascienda de T? a Tf, dependa de lanaturale&a de ese cuerpo. (e ello se deriva la de)nición de calor especí)co

numéricamente i#ual a la cantidad de calor necesaria para elevar un #radode la temperatura de la unidad de masa del cuerpo considerado. 5e diceque la cantidad de calor que se debe proporcionar a la masa "m$ de uncuerpo puro para que su temperatura varíe de T? a Tf viene e'presada ensi#uiente formula:

B9m+e "TfCT?$

%n donde +e es i#ual al calor especi)co medio entre T? y Tf. Para veri)car elcalor especí)co se emplea la si#uiente formula:

+e9

cal

g°C

+/016D%T17/

5e#En las teorías que iniciaron el estudio de la calorimetría, el calor era unaespecie de 2uido muy sutil que se producía en las combustiones y pasabade unos cuerpos a otros, pudiendo almacenarse en ellos en mayor o menorcantidad. Posteriormente, se observó que, cuando se ejercía un trabajomecánico sobre un cuerpo"al frotarlo o #olpearlo, por ejemplo$, aparecíacalor* !ec!o que contradecía el principio de conservación de la ener#ía, yaque desaparecía una ener#ía en forma de trabajo mecánico, además de que

se observaba la aparición de calor sin que !ubiese !abido combustiónal#una. Fenjamin T!ompson puso en evidencia este !ec!o cuando diri#íaunos trabajos de barrenado de cañones observando que el a#ua derefri#eración de los taladros se calentaba durante el proceso. Parae'plicarlo, postuló latería de que el calor era una forma de ener#ía.

T!ompson no consi#uió demostrar que !ubiese conservación de ener#ía enel proceso de transformación de trabajo en calor, debido a la imprecisión enlos aparatos de medidas que usó. Posteriormente, Prescott <oule lo#ródemostrarlo e'perimentalmente, lle#ando a determinar la cantidad de calorque se obtiene por cada unidad de trabajo que se consume, que es de ?,3GHcalorías por cada julio de trabajo que se transforma ínte#ramente en calor.

a +alorimetría es la rama de la termodinámica que mide la cantidad deener#ía #enerada en procesos de intercambio de calor. %l calorímetro es el



instrumento que mide dic!a ener#ía. %l tipo de calorímetro de uso máse'tendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con a#ua,un dispositivo para a#itar y un termómetro. 5e coloca una fuente de caloren el calorímetro, se a#ita el a#ua !asta lo#rar el equilibrio, y el aumento detemperatura se comprueba con el termómetro. 5i se conoce la capacidad

calorí)ca del calorímetro "que también puede medirse utili&ando una fuentecorriente de calor$, la cantidad de ener#ía liberada puede calcularsefácilmente. +uando la fuente de calor es un objeto caliente de temperaturaconocida, el calor especí)co y el calor latente pueden ir midiéndose se#Ense va enfriando el objeto.

APARATOS Y REACTIVOS

• Dateriales y 1eactivosCIaso de precipitado de vidrio de 3@? mCProbeta de ?? m

Cn termómetro de ??-+ ± ?,

CJ30CDuestras sólidas de: /l, 8e, Pb y +u

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

/. (eterminación de la constante del +alorímetro K cal=#rado

C %n un vaso de vidrio que servirá de calorímetro a#re#ar 3??# dea#ua potable. ue#o se toma la temperatura del a#ua T. "T9H-+$

C5e coloca 3??# de a#ua en un se#undo vaso de vidrio de 3@? m yse calienta !asta una temperatura entre G@ a ? -+. ue#o sea notala temperatura T3. "T39G-+$



C6nmediatamente enfriar el termómetro con abundante a#ua fría.

CIierta los ??# de a#ua caliente en el calorímetro, a#ite con cuidado yanote la variación de temperatura cada ? se#undos. /note la má'ima

temperatura que alcan&a el sistema Tm.B#anado 9 CBperdido

B #anado 9calor #anado por el calorímetro L calor #anado por el J30 delcalorímetro

B perdido 9calor perdido por el J30 del vaso 3

ue#o:

K x (Tm-T1) + mH2O x !"!H2O (Tm-T1) # mH2O x !"!H2O (Tm-T2)

K ' "3>CH$ L3??' "3>CH$ 9 3?? ' "GC3>$

MK L ?? 9 >??

MK 9 3??

K 9 3;,@M cal= -+

F. (eterminación del calor especí)co de un sólidoC5e coloca 3??# de a#ua en el calorímetro. 5e mide la temperatura

T. "T9H-+$C5e pesa una muestra sólida de Jierro y se coloca en el vaso 3. Pesode la muestra: H,G#.C5e coloca la muestra en un vaso. %n se#uida se calienta losperdi#ones en un baño de arena durante ? minutos. ue#o se midela temperatura T3. "T39 >?-+$Cna ve& calentado los perdi#ones se colocan con muc!o cuidado alcalorímetro lleno de a#ua.C5e espera unos ? se#undos y se anota la má'ima temperatura quealcan&a el sistema en equilibrio. "Te93G-+$

B#anado9CBperdido



K(Tm - T1) + mH2O x !"!H2O(Tm - T1) # -m$" x !"!$"(Tm % T2)

GG,G"3GCH$ L 3?? ' "3GCH$ 9 CH,G ' c.e.8e "3GC>?$

c.e.8e 9 ?,?>

CUESTIONARIO

. +alcular el valor de la constante del calorímetro N "cal=#rado$.

3. (eterminar el calor especí)co de la muestra sólida que indica elprofesor. (etermine el O de error relativo.c.e.8e 9 ?,?>

&"''' # Vteorico−Vexperimental

Vteorico x1

&"''' # 0.107−0.106

0.107 x1

&"''' #!*

G. 8undamente el resultado de la pre#unta "3$ y que consideraciones sedebe tener en cuenta en la práctica si este O de error es muy alto.

+omo se nota el calor especí)co del solido es ?.?? menor que el del valorteórico. a variación entre estos valores es muy pequeña. %sto se debe aque bañamos los metales en arena que permitió que el calor se difundierauniformemente por todo el metal. (e !aber resultado un alto porcentaje deerror, se debe considerar en que recipiente o sistema se está calentando

el metal y se recomienda reali&ar el mismo procedimiento mencionado enlos detalles e'perimentales.



BIBLIO,RA$IA

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS"niversidad del PerE, (%+// (% /DU16+/$

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA DE FLUIDOS

EXPERIENCIA N *

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