E2P3J811 - Capacidad calorífica y entalpía de fusión PDF

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Capacidad calorífica y entalpía de fusión...

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Benemérita Universidad Autónoma de Puebla Facultad de Ciencias Biológicas Área de fisicoquímica Licenciatura en Biotecnología Laboratorio de fisicoquímica l Práctica 3 “Capacidad calorífica y entalpía de fusión” Equipo 2

REALIZACIÓN: Jueves 14, 2018

ENTREGA: Miércoles 20, 2018

Práctica 3 ”Capacidad calorífica y entalpía de fusió fusión” n”

Objetiv Objetivos os Determinar experimentalmente la Capacidad Calorífica de un calorímetro (calor) y La entalpía de fusión del hielo, Δ Hfh. Introducción La capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma menos formal es la energía necesaria para aumentar una unidad en grados Celcius la temperatura de una determinada sustancia. Q C= ΔT La entalpía de fusión del hielo (∆Hf), se define como la cantidad de calor necesaria para pasar la unidad de masa de hielo del estado sólido al líquido a la temperatura de fusión del mismo. Si la presión bajo la cual se produce el cambio de fase se mantiene constante e igual a 1 atmósfera, la temperatura de fusión también se mantiene constante y es igual a 0ºC. La ∆Hf también solía denominarse calor latente de fusión ya que, durante este cambio de estado, el calor que absorbe el hielo no origina cambio alguno de su temperatura, como si estuviera oculto o escondido. Al fundirse el hielo, esta ganancia de energía se transforma en el trabajo de contracción de volumen (el hielo es menos denso que el agua a la misma temperatura) y, sobre todo, en aumentar su entropía (o desorden interno). Hipótesis  



La capacidad calorífica de un calorímetro y la entalpía de fusión del hielo se puede determinar mediante calorimetría En el caso del hielo entre más calor absorbe su entalpia aumentara y será un numero positivo pero si desprende calor su entalpia va a disminuir y será un numero negativo. En el caso del calorímetro la capacidad calorífica total será la suma de la capacidad calorífica del calorímetro y la capacidad calorífica del agua.

Método Experimental

Determinación de la Capacidad Calorífica de un calorímetro y de la Entalpía de Fusión del hielo por Calorimetría. Mat Materiales eriales ● 1 Calorímetro (hecho por alumnos) ● 1 Probeta de 100 ml ● 1 Parrilla ● 1 Termómetro. ● 1 Vaso de precipitados de 250 ml. ● 1 Balanza granataria. REACTIVOS: ● Agua destilada. ● Hielo en cubitos. Desar Desarrrollo Experimental ETAPA I: DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA. 1. Pesar el calorímetro vacío (limpio y seco) y anotar el dato . 2. Agregar al calorímetro 250 ml de agua destilada y pesar inmediatamente; anotar el dato . 3. Registrar la temperatura del calorímetro durante 10 minutos ó hasta que se alcance el equilibrio térmico; anotar el dato. Agitar para alcanzar más rápidamente el equilibrio térmico. 4. Agregar 100 ml de agua destilada a 50 ºC al calorímetro y taparlo; pesar inmediatamente y anotar el dato. 5. Registrar la variación de la temperatura del agua en el calorímetro durante 10 minutos ó hasta que se alcance el equilibrio térmico; anotar el dato. Agitar para alcanzar más rápidamente el equilibrio térmico. NOTA: No tirar el agua del calorímetro. ETAPA II: DETERMINACIÓN DE LA ENTALPÍA DE FUSIÓN DEL HIELO. 1. Verificar la temperatura del calorímetro y anotarla. 2. Agregar, lo más rápido posible, un cubo de hielo al calorímetro y taparlo. Pesar el calorímetro y anotar el dato 3. Registrar la variación de la temperatura del calorímetro durante 10 minutos ó hasta que se alcance el equilibrio térmico; anotar el dato. Agitar para alcanzar más Dat Datos os e experimentales xperimentales

Tabla 1. Pesaje del Calorímetro Calorímetro vacío

Calorímetro con agua fría

202. 3 g

403. 5 g Masa de agua fría 201.2 g

Tabla 1. En esta tabla se puede observar que se realizó el pesaje del calorímetro sin agua y añadiendole 200 mL de agua fría, con estos datos se obtuvo la masa de agua fría por la diferencia.

Tabla 2. Datos experimentales del agua Masa

Volumen

Temperatur Temperatur as Iniciales as Finales

Agua Fria

201. 2 g

200 mL

20 C

27 C

Agua caliente

77.7 g

80 mL

50 C

27 C

Hielo

12. 9 g

-

0C

23 C

Tabla 2. En esta tabla se pueden observar los datos obtenidos de sobre el agua frìa, agua caliente y el hielo.

Tabla 3. Cambios de temperatura y Masa. Temperaturas de equilibrio ( ΔT ¿ Δ T de agua caliente Agua caliente- Agua fria

-23 C

ΔT deagua fria Agua fria - Agua caliente

7C

ΔT delhielo Agua f/c- hielo

-4 C

Masas de equilibrio ( Δm ¿

278.9 g

-

Tabla 3. En esta tabla se puede observar los datos obtenidos en la diferencia de temperaturas iniciales y finales del agua y la suma de las masas del agua caliente y fría. Δ T de agua caliente=23C−50 C=−23 C Δ T de agua fria =27 C−20 C=7 C Δ T delhielo=23 C−27 C=−4 C

Tabla 4. Da Datos tos teóricos de las propiedades del agua Capacidad calorífica del agua 1

Entalpìa de fusiòn

cal g °C

79.72

cal g

Tabla 4. En esta tabla podemos observar los valores estándar de los estados del agua. Cálculos y R Resultados. esultados. Obtención de la capacidad calorífica del calorímetro. Para este procedimiento se utilizó la siguiente fórmula: Ɛcalorímetro :−Ca

[(

)

(masa a . c .)(ΔTa . caliente) +(m a . fría ) ΔT a . fría

]

Sustituyendo los datos experimentales se obtiene lo siguiente: Cálculos matemáticos:

[(

Ɛcalorímetro :(−1 )

]

)

(77.7 )(−23 ) +(201.2 ) = 54.1 7

Análisis dimensional:

Ɛcalorímetro :

cal g °C

[(

)

(g)(°C ) +( g ) °C

Siendo el valor de

Ɛ

54.1

]

=

cal °C

cal °C

Posteriormente se utilizó la siguiente fórmula para la obtención de la entalpía de fusión del hielo: (mh)( ΔHf . h)=−(m a .TxC a .T +Ɛ )( ΔT equilibrio h )−(mh)( Ca(l))( ΔTh ) Despejando la fórmula se obtiene la siguiente fórmula: ΔHf . h=

−( m a . TxC a . T +Ɛ )( ΔT equilibrio h )−(mh)( Ca(l))(ΔTh ) m.h.

Sustituyendo los valores se llega a:

Cálculo matemático: ΔHf . h=

−(278.9 x 1+54 )(−4 )−( 12.9 )( 1 )(23 ) = 80.25 12.9

Análisis dimensional: cal cal cal +( ))( °C )−( g)( )(°C ) −(g)( g °C ° C g°C = ΔHf . h= g

cal g

Por lo tanto, el resultado obtenido para la entalpía de fusión del hielo es de cal 80.25 g Teniendo ahora nuestra información experimental sólo hace falta la comparación con el valor teórico para encontrar el error absoluto. Valor teórico de la entalpía de fusión del agua: 79.72

Porcentaje de error de

ΔHf . h =

cal . g

valor teóricol−valor experimental x 100 valor teórico

Sustituyendo la fórmula: cal cal −79.72 g g x 100=0.664 % cal 79.72 g

80.2572

Cuestionario ¿Cuales fueron las posibles fuentes de error en el desarrollo de la práctica? Posiblemente podría escaparse un poco de calor o incluso masa del agua al momento de poner y quitar el termómetro.

¿En qué unidades se expresan las siguientes magnitudes: calor, capacidad calorífica y entalpía de fusión? Calor: calorías. Capacidad calorífica: cal/g °C Entalpía de fusión: cal/g

Investigue valores de capacidad calorífica para diferentes sustancias.

Comentarios En la práctica existió una pérdida mínima de sustancia al sacar el termómetro pero no fue significativa ya que solo fue una gota aproximadamente, por ello hubo un cambio del valor en la masa del equilibrio, por otro lado también nos percatamos que las temperaturas se mantuvieron en una escala de los 20 grados celsius y los 27 grados celsius a pesar del aumento de temperatura con el agua caliente y de la disminución con el hielo. Cuando se estaban realizando los cálculos hubo confusión con los datos teóricos porque no establecimos bien los datos y obtuvimos datos elevados al final. Por otro lado al ver el resultado del porcentaje de error, notamos que no hubo mucho fallo en los cálculos, que fue menos de 1% haciendo que el calorímetro elaborado este en las mejores condiciones para realizar prácticas con sustancias. Conc Conclusión lusión El calorímetro que elaboramos nos dio muy buenos resultados a pesar de haber sido elaborado con materiales de uso común, la pérdida de energía calórica fue casi nula ya que al sacar el porcentaje de error solo tuvimos un error de 0.664 %. Se pudo determinar de una manera casi exacta la entalpía de fusión del hielo esta se define como la cantidad de energía necesaria para hacer que un mol de un elemento que se encuentre en su punto de fusión pase del estado sólido al líquido, a presión constante. En otras palabras, es la cantidad de energía que un sistema

puede intercambiar con su entorno. Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura. Podemos concluir que el método que llevamos a cabo para poder determinar la entalpía de fusión del hielo resultó viable , ya que, como mencione al inicio, el porcentaje de error fue casi nulo.

Bibliogr Bibliografía. afía.  

F. Kreith y M. S. Bohn,: Principios de Transferencia de Calor, 6a edicion, Thomson, Madrid, 2002. Wark, K. Richards, D.E.: Termodinamica, 6a Edicion Mc Graw-Hill, 2001...