1 laboratorio Quimica parte1

TERMOQUIMICA
I.
OBJETIVOS
Aplicar los conceptos fundamentales de la termoquímica a las siguientes determinaciones
experimentales:
II.
1.
Capacidad calorífica de un calorímetro
2.
Calor específica de algunos metales
3.
Calor latente de fusión
4.
Calor latente de vaporización
5.
Calor de neutralización de una reacción ácido – base
6.
Calor de solución
FUNDAMENTO TEORICO
La termoquímica es el estudio de los cambios térmicos o cambios de calor involucrados
en las reacciones químicas.
Algunas reacciones que producen o liberan energía son
llamadas reacciones exotérmicas.Se indica su valor numérico como positivo o negativo, si
el calor ha sido absorbido desprendido, respectivamente.
La termodinamica se denomina termoquimica en este aspectos.
a)
Calor.- Es una forma de energía. Para el estudio termodinámico, entendemos por
calor aquella energía en tránsito, que es transferida por radiación, como resultado de
una diferencia de temperatura. El calor es la energia transferida de un objeto caliente
a otro frio; el calor tampoco es una función de estado.
Factor de intensidad: T = (Tf - Ti)
Factor de capacidad o Capacidad Calorífica (C)
Energía transferida en forma de calor (Q):
Q = CT
Donde : C = m.c.
b)
Capacidad Calorífica (C).- Es la cantidad de calor que se requiere para elevar un
grado celcius la temperaturade una cantdad dada de sustancia.Así, si la temperatura
del cuerpo se eleva de Ti a Tf, al tomar una cantidad de calor Q, la capacidad
calorífica “C” del cuerpo viene dada por:
C
Q
T
De acuerdo a Ec. (2), la capacidad calorífica de una sustancia, es la cantidad de calor
requerida para variar su temperatura en 1ºC.
Este concepto es usado en la
determinación de la capacidad calorífica de un calorímetro.
c)
Capacidad Calorífica Molar( C ).- Desde el punto de vista químico, una forma más
útil de definir la capacidad calorífica es la que se refiere a una mol; esto es, a la masa
molar expresada en gramos. En consecuencia, se define como la cantidad de calor
que necesita una mol de una sustancia para variar 1ºC.
d)
Calor Específico(C).- Es la capacidad de calor, medido en calorías, que necesita un
gramo de una sustancia para variar 1ºC. El producto del calor específico (c) por la
masa molar (M), nos dará la Capacidad Calorífica Molar ( C ).
CM = C
e)
Caloría (Cal).- Es la cantidad de calor requerido para elevar la temperatura de 1 g de
agua 1ºC.
f)
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.
g)
Cambio de Entalpía (H).- Es igual al calor que elsistema gana o pierde cuando el
proceso se lleva presion constante.
H = Qp
h)
Calor de Reacción(HR).- 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 reactantes a presión constante y temperatura definida.
Dentro de los calores de reacción se encuentran los calores de formación,
combustión, fusión, vaporización, sublimación, disolución, neutralización, etc.
i)
Calor Latente de Fusión(LT).- Es la cantidad de calor necesario para fundir un gramo
de sustancia sólida a una temperatura del punto de fusión.
El calor latente de fusión del hielo es igual a 80 cal/g, lo que significa que han de
gastarse 80 cal de energía para pasar 1 g de hielo a 0ºC a 1g de agua a 0ºC. De esto
resulta que el calor necesario para fundir una masa (m) de hielo a 0ºC estará dado
por:
Q = mLf
j)
Calorímetro.- Son instrumentos que sirve para la determinación experimental de los
intercambios caloríficos.
El calorímetro es un sistema aislado, de tal manera que no permite intercambio de
calor con el medio ambiente.
k)
Capacidad Calorífica del Calorímetro.- Es la cantidad de calor necesaria para variar
la temperatura del calorímetro en 1ºC.
III.
PARTE EXPERIMENTAL
EXPERIMENTO Nº1 : Determinación de la Capacidad Calorífica del Calorímetro
(CC)
Por indicacion de los encargados de el Laboratorio, solo se efectuo el Procedimiento A
del Experimento 1
Formulas : Se tiene que:
Q = n C T
donde : n =
m
M
mCT
M
Luego :
Q=
Como :
C = cM
Entonces
:
Q = m.c. T
Aplicando la 1ª Ley de la Termodinámica y haciendo un balance de calor, tenemos:
Calor perdido = calor ganado
Qp = Qg
Calculos para el experimento nº 1
El experimento se repitio tres veces para obtener mayor exactitud en el calculo de la
capacidad calorifica del calorimetro.
Experimento 1.1:
Datos :
T1
= 28ºC
T2
= 63ºC
Tm
= 43ºC
Volumen total = 103 ml
Calor perdido por el agua caliente(Qp):
Qp = m.c (Tm – T2 ) = (VTOTAL-50)(1)(Tm – T2 ) = (103-50)(1)(43-63)

Qp = -1060 cal
Calor ganado por el agua fría: (Qg)
Qg = mF.c. (Tm – T1 ) = (50)(1) (Tm – T1 ) = (50)(1)(43-28)

Qg = 750 cal
Calor ganado por el Calorímetro (Qc):
Qc = CC (Tm – T1 )
CC = capacidad calorífica del calorímetro
Qc = CC (43 - 28) =15 CC

Aplicando la 1ª Ley de la Termodinámica :
- Qp = Qg + Qc
- (-1060) = 750 + 15 Cc
 Cc = 20.67 (cal/ºC)
Experimento 1.2:
Datos :
T1
= 30ºC
T2
= 49ºC
Tm
= 38ºC
Volumen total = 102 ml
Calor perdido por el agua caliente(Qp):
Qp = m.c (Tm – T2 ) = (VTOTAL-50)(1)(Tm – T2 ) = (102-50)(1)(38-49)

Qp = -572 cal
Calor ganado por el agua fría: (Qg)
Qg = mF.c. (Tm – T1 ) = (50)(1) (Tm – T1 ) = (50)(1)(38-30)

Qg = 400 cal
Calor ganado por el Calorímetro (Qc):
Qc = CC (Tm – T1 )
CC = capacidad calorífica del calorímetro
Qc = CC (38-30) = 8 CC

Aplicando la 1ª Ley de la Termodinámica :
- Qp = Qg + Qc
- ( -572) = 400 + 8 Cc
 Cc = 21.50 (cal/ºC)
Experimento 1.3:
Datos :
T1
= 26.5ºC
T2
= 92ºC
Tm
= 55ºC
Volumen total = 104 ml
Calor perdido por el agua caliente(Qp):
Qp = m.c (Tm – T2 ) = (VTOTAL-50)(1)(Tm – T2 ) = (104-50)(1)(55-92)

Qp = - 1998 cal
Calor ganado por el agua fría: (Qg)
Qg = mF.c. (Tm – T1 ) = (50)(1) (Tm – T1 ) = (50)(1)(55-26.5)

Qg = 1425 cal
Calor ganado por el Calorímetro (Qc):
Qc = CC (Tm – T1 )

CC = capacidad calorífica del calorímetro
Qc = CC (55-26.5) = 28.5 CC
Aplicando la 1ª Ley de la Termodinámica :
- Qp = Qg + Qc
 Cc = 20.10 (cal/ºC)
Se obtienen tres valores distintos, pero no varian demasiado, entonces se tomara el promedio
de los tres como el valor de la capacidad calorifica del Calorimetro Cc:
Cc = 20.75 (cal/ºC)
EXPERIMENTO Nº2 : Determinar Calor Especifico de un metal
Calculos para el experimento n°2
Datos :
T1
= 28ºC
T2
= 88ºC
Tm
= 30.5ºC
Masa del metal = 11gr
Calor perdido por el metal:( Qp )
Qp= n. C T = (masa metal ) (calor especifico)(Tm –T2 ) = (11)(Ce)(30.5-88)
Qp = - 632.5 Ce
Calor ganado por el agua en el calorimetro:( Qg )
Qg = (50g)(1cal/g°C) (Tm-T1 ) = 50(1)(30.5-28)
Qg = 125 cal
Calor ganado por el calorimetro:(Qc)
Qc =CcT = Cc (Tm –T1 ) = Cc (30.5-28) = (20.75)(2.5)
Qc = 51.875 cal
Aplicando la 1ª Ley de la Termodinámica :
- Qp = Qg + Qc
- ( -632.5 Ce ) = 125+51.875
 Ce = 0.27 (cal/gºC)
EXPERIMENTO Nº3 Calor Latente de Fusión ( LF )
Calculos para el experimento nº 3
Datos :
T1
= 47ºC
TF
= 10ºC
Masa del hielo = 27gr
Capacidad calorífica del calorímetro: Cc (cal/ºc)
Masa inicial de agua en el calorímetro: mi
Masa total de agua en el calorímetro: mf
Masa de hielo fundido : mh = mf - mi
Temperatura inicial del agua en el calorímetro:Ti (ºC)
Temperatura final del sistema: TF (ºC)
Calor de fusión del hielo:
Q1 = mh . Lf
Calor para pasar de 0ºC a Tf : Q2 = mhc(Tf - 0)
Como c: 1 cal/gºC, entonces:
Calor ganado por el hielo:
Q2 = mhTf
Qg =
Q1 + Q2
Qg = mhLf + mhTf
La cantidad de calor perdido por el agua en el calorímetro y por el calorímetro
será: Qp
Qp = (mi + Cc) (Ti - Tf)
Considerando el principio de la conservación de energía:
Qg = Qp
mhLf + mhTf = (mi + CC) (Ti + Tf)
de donde :
Lf 
(mi  C C )(Ti  T f )  m h T f
mh
... ... formula (14)
De los calculos de el Experimento 1 , se tiene que la Capacidad Calorífica del
calorimetro es Cc = 20.75
cal
g
Ademas :
Masa inicial de H20 en el calorimetro
: mi = 50 gr
Masa de hielo
: mh = 27 gr
Temperatura inicial del H20 en el calorimetro : Ti = 47 º C
Temperatura final del sistema
: Tf = 10 º C
Reemplazando los datos en la formula (14) tenemos:
Lf = (50+20.75)(47-10) – 27(10) = 86.95 cal/g
27
 Lf = 86.95 cal/g
IV.
CUESTIONARIOS
Experimento No 1y2
1.
Presente
los
cálculos
para
el
procedimiento
experimental
B
de
la
determinación de la capacidad calorífica del calorímetro.
Por indicacion de los encargados de el Laboratorio, solo se efectuo el Procedimiento A
del Experimento 1, se presenta a continuacion el metodo para obtener la Capacidad
Calorifica del Calorimetro siguiendo el procedimiento B.
Los datos son :
Temperatura del agua fria
: T1
Temperatura del agua caliente
: T2
Temperatura de la mezcla
: Tm
Volumen y masa del agua fria
: mF
Volumen y masa del agua caliente : mC
Calor perdido por el agua caliente (Qpc)
Qpc = mC.c. (Tm – T2) = mC(1)(Tm – T2)
Calor ganado por el agua fría (Qgf)
Qgf = mF.c. (Tm – T2) = mF(1)(Tm – T1)
Calor perdido por el calorímetro (Qc)
Qc = Cc (Tm – T2)
Cc = capacidad calorífica del calorímetro
De la primera ley de la Termodinamica: Qperdido = Qganado , entonces tendremos:
- ( Qpc + Qc) = Qgf
Que es una ecuacion con una sola incognita: Cc
2.
Llene los cuadros correspondientes 1 y 2 (en este caso el 1), descritos
después de cada experiencia.
Cuadro Nº1
T1
T2
T3 (Tm)
Capacidad Calorífica del Calorímetro
28ºC
63ºC
43ºC
20.67 cal/ºC
Procedimiento A
30ºC
49ºC
38ºC
21.50 cal/ºC
Procedimiento A
26.5ºC
92ºC
55ºC
20.10 cal/ºC
Procedimiento A
-
-
-
No se efectuo el Procedimiento B
Cuadro Nº2
Peso del el Metal (g)
T1
T2
Tm
Calor Especifico
11 g
28ºC
88ºC
30.5ºC
0.27 cal/gºC
3.
Peso Atomico
Qué relación hay entre los calores de formación y las electromagnetividades
de los elementos?
Se a determinado que a mayor electronegatividad el calor de formación es menor.
La electronegatividad es inversamente proporcional al calor de formación.
4.
Se prepara 2 calorímetros similares, y sólo se determina la capacidad
calorífica de uno de ellos ¿Se podría decir que la capacidad calorífica de este
calorímetro es igual al otro? ¿Por qué?
Si son exactamente iguales (los mismos materiales con identicas medidas e identico
ensamblaje) se podria anticipar que tienen la misma capacidad calorifica.
Pero si solo son similares ,como en el caso del laboratorio que cada grupo preparo su
propio calorimetro con la tapa de tecnopor (mismo material pero diferentes medidas y
diferente ensamblaje), las capacidades calorificas no seran iguales.
5.
Con los datos obtenidos, se puede calcular el calor especifico del metal y ,
comparando con los de las tablas, deduzca que capacidad calorifica es la mas
optima.
Con los datos obtenidos en el Procedimiento A del Experimento 1 se obtuvo que la
capacidad calorifica del calorimetro es
Cc = 20.75 cal/ºC , usando este dato en el
Experimento 2 se obtuvo que el calor especifico del metal (aluminio) es Ce = 0.27
(cal/gºC)
El valor obtenido en tablas para el calor especifico del Aluminio es Ce = 0.22 cal/gºC ,
entonces el valor de Cc es optimo.
6.
Tome de las tablas el valor del calor especifico del metal para calcular el peso
atomico del metal por el metodo de Dulong y Petit y compare con el valor
determinado experimentalmente.
(calor especifico)(peso atomico)=6.4
De los calculos del Experimento N°2 sabemos Ce=0.27
(0.27)(peso atomico)=6.4 , entonces:
23.7
Peso Atomico experimental =
De los datos de las Tablas sabemos que Ce=0.22
(0.22)(peso atomico)=6.4 , entonces:
29.0
Peso Atomico de las tablas =
7.
¿Qué otros metodos se aplican para determinar pesos atomicos aproximados?
La teoria de Debye. Uno de los primeros en realizar estos calculos aproximados fue
Jacobs Berzelius (1828). En 1860 Stanislao Cannizzaro se baso en la hipotesis de
Avogadro para hacer calculos mas precisos. Por lo que se refiere a los metodos
puramente quimicos, se llego al punto contaminante con los trabajos del quimico
norteamericano Theodore Williams Richards, quien, desde 1904, se dedico a determinar
los pesos atomicos con una exactitud jamas alcanzada, por ello se le concedio el premio
nobel en 1914.
8.
Entre dos calorímetros iguales, uno que tiene mayor capacidad calorífica que
el otro ¿Cuál es mejor?
El mejor calorímetro será el de mayor capacidad calorífica.
El calorimetro es un sistema aislado, de tal manera que no permite intercambio de calor
con el medio ambiente, es decir no debe absorver calor facilmente y transmitirlo hacia
fuera o hacia adentro. Al ser mayor la capacidad calorifica se necesitara mas energia para
producir una alteracion en el sistema, entoces sera mas dificil alterar el sistema y el
calorimetro sera mejor.
9.
¿Por qué son plateadas las paredes internas de un termo?
El calor se disipa en forma de radiación y las paredes plateadas reflejan estas radiaciones
de calor de manera que la sustancia contenida en el calorímetro siempre tenga la misma
temperatura ya que el calor que sale de esta se refleja en las paredes y vuelve al interior.
10.
Se sabe que el vidrio es un mal conductor del calor, por lo tanto, cualquier
vaso de precipitado se puede usar como calorímetro sin cubrirlo con papel
platinado,¿Es correcto esta apreciación?
Es incorrecta, pues el vidrio es un mal conductor de calor, pero es transparente y permite
que entre calor en forma de radiacion (luz solar) y aumente la temperatura del interior.
La caja donde guardan los helados es una caja de poroflex, este es un mal conductor del
calor, y por lo tanto, no permite el paso de calor de una temperatura más alta a otra de
menor temperatura, ademas generalmente es de color blanco, por lo tanto no absorve
mucha radiacion.
11.
Compare las capacidades calórificas especificas de los sólidos, liquidos y gases
y trate de dar una explicacion de las diferencias
La capacidad calorifica de el liquido es superior a la de los solidos y esta superior o igual a la
de los gases. Esto se debe a que la capacidd calorifica es el cociente entre la cantidad de
calor suministrado a una sustancia y su cambio de temperatura, y al estar las moleculas de
un solido mas unidas que las de un liquido, el calor (energia en transito) se distribuye mas
rapidamente por toda la sustancia y eleva su temperatura con mas facilidad, algo analogo
ocurre con los gases; se requiere mas cantidad de calor para variar la temperatura de un
liquido pues sus moleculas estan mas dispersas.
12.
Dulong y Petit sugirieron que cuando el factor 6.4 se dividiera por el calor
específico de un metal, si el cociente no era el peso atómico conocido,
entonces
estaba equivocado
este peso atómico. ¿Por qué la capacidad
calorífica molar es una propiedad
de la absorción del calor más segura,
teoricamente, que la simple definición de capacidad calorífica?
Los calores especificos de los solidos varian bastante de un material a otro. Sin embargo la
situacion es bastante diferente si se compara muestras con el mismo numero de moleculas
en vez de compara muestras con la misma masa. En 1819 Dulong y Petit señalaron que las
capacidades calorificas molares de todas las sustancias, con muy pocas exepciones tenian
valores cercanos a 6 cal/mol ºC. Se observa que la cantidad de calor necesaria por molecula
para elevar la temperatura de un solido en una cantidad dada, parece ser la misma para casi
la mayoria de los materiales. Esta es una evidencia sobre la teoria molecular de la materia.
OBSERVACIONES

Al medir la temperatura del calorímetro es necesario sumergir todo el termómetro de manera
que este mida la temperatura del agua y no la del vapor.

El margen de error se debe a la temperatura absorvida por el medio ambiente al pasar el agua
caliente al calorimetro; tambien siempre quedan residuos en las pipetas , y tampoco medimos la
cantidad de agua que se evapora.

El termometro ingresa con una temperatura diferente a la del sistema, por eso altera la
temperatura del sistema pero de manera infima.
Experimento No 3
¿Cuál es el calor latente de Fusión que obtuvo experimentalmente?
El valor obtenido es :Lf = 86.95 cal/g
¿Cuál es el error absoluto y relativo de la determinacion?
Se obtiene que : Lf experimental = 86.95 cal/g
Lf teorico
= 80.00 cal/g
Error Absoluto : EABS = (86.95) * 100 = 108.7%
80
Error Relativo :EREL = 100 – 108.7 = - 8.7%
¿Por qué el hielo debe estar a la temperatura 0ºC de equilibrio antes de ser añadido al calorímetro?
Para que el hielo pueda fundirse tiene que estar a 0ºC ,y asi todo el calor que es absorbido
sea usado para el cambio de fase y no para elevar la temperatura del hielo hasta cero
grados.
¿Existe alguna diferencia si el agua se pasa antes o después de calentarla? ¿Por qué?
Si existe diferencia porque el agua aun estando a temperatura constante se evapora con
facilidad y si se calienta se evapora aun mas, esto produciria una diferencia entre la masa
peasada antes y despues de calentar.
Si el hielo estuviese a –5ºC, escriba las ecuaciones de balance térmico necesarias para encontrar el
calor latente de fusión.
Qg = calor ganado por el hielo
Tf = Temperatura final del sistema
Qg = Q1 + Q2 + Q3
Qg = mhLf + mhTf + mh
¿Cómo se determina el calor especifico del hielo y del agua?
Su valor es teorico y proviene de la definicion de caloria: “Cantidad necesaria de calor para
elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado centigrado (14.5 a 15.5)”
OBSERVACIONES

La cantidad de hielo que se debe echar en el calorímetro no debe ser tanta, pues podría
ocurrir que todo el calor no sea suficiente para
derretir completamente el hielo y no se
podría calcular el calor latente de fusión.

Para realizar este experimento era necesario que el hielo se encuentren a 0ºC para que el
calor absorbido sea utilizado únicamente en el cambio de estado.

Era necesario agitar suave y constantemente, pues la temperatura debe ser la misma, en todo
el calorímetro.
Si agitamos con violencia cantidades indebidas de energía mecánica se
convierten en calor lo que aumentaría la temperatura del sistema.
CONCLUSIONES
El calor latente de fusión obtenido en el experimento es muy próximo al calor latente real, este
pequeño margen de error es debido a que el corcho que tapaba la boca del calorímetro no
cubría totalmente, dejando ingresar pequeñísimas masas de aire, lo cual interfería en el cambio
de temperatura.