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N°3 DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE UN CALORIMETRO Fisicoquímica I La calorimetría estudia el intercambio de calor, en diferentes procesos, mediante un instrumento denominado calorímetro, que mide el cambio de energía en un sistema al operar un proceso; que puede ser físico, químico o biológico. El primer calorímetro para medir el calor, fue desarrollado en 1783 por Lavoisier y Laplace, midieron el cambio en el calor de un cuerpo caliente, para fundir una cantidad de hielo; se esperaba hasta que el cuerpo caliente estuviera a la temperatura del hielo, y después se determinaba la masa del hielo derretido. Los calorímetros se diseñan para determinar propiedades termodinámicas específicas; por ejemplo, existen calorímetros; de flujo, isoperbólico, adiabático y algunos indirectos como el método láser flash o el calorímetro fotoacústico. La técnica calorimétrica es una de las más empleadas dentro de la termodinámica como una herramienta de utilidad para realizar la caracterización de los sistemas que generan o absorben energía térmica. Debido a la diversidad de sistemas y a la manera como se generan los efectos térmicos, se presentan diversidad de equipos calorimétricos. El recipiente utilizado para efectuar las medidas de calor se denomina calorímetro, que en su forma más sencilla es una vasija de paredes aisladas que aloja en su interior el termómetro y agitador. Además contiene un líquido calorimétrico que generalmente es el agua. La capacidad calórica del calorímetro (los alrededores) es la suma de las capacidades calóricas de sus partes (el agua, las paredes, un termómetro y un artefacto de agitación).

m 1 .Cp . ( θf - θ1 ) + K ( θf - θ1 ) + m 2 .Cp . ( θf - θ2 ) = 0 1

2

(1)

El valor de la capacidad calórica de cada parte depende del material y del tamaño. En la determinación del calor de un proceso, solo se ocupa la capacidad calórica global del calorímetro, que, a su vez, se determina como un todo experimentalmente. En la práctica se presenta la construcción de un calorímetro de conducción de calor y se muestra cada uno de sus elementos constituyentes, haciendo énfasis en el sistema que se utilizó para detectar el flujo de calor. REACTIVOS Y EQUIPOS  

Reactivos: - Agua Materiales y Equipos: - Calorímetro - Vaso de precipitación de 400 ml - Probeta graduada de 250 ml - Hornilla eléctrica - Embudo - Termómetro - Balanza

1

PROTOCOLO El equipo utilizado es un calorímetro, como se muestra en la Fig.1. El calorímetro posee dos orificios, en uno de ellos deberá introducirse el termómetro, mientras el otro se encontrara tapado con un corcho. Pese la probeta graduada de 250 ml estando vacía. Se calienta aproximadamente 100 ml de agua a 60°C, en el vaso de precipitación de 400 ml, vierta el agua en la probeta graduada y pese en la balanza electrónica. Agregue 50 ml del agua caliente en el calorímetro. Medir con el termómetro la temperatura del agua caliente, cuando llegue a 50°C considere el tiempo de 0 s. Tome la temperatura cada 30 s. Después de 4 min agregar 50 ml de agua a temperatura ambiente en la probeta, y pese la probeta con el agua en la balanza electrónica. Agregue el agua al calorímetro, por el orificio tapado con corcho, mediante el embudo. Continuar con la medición de la temperatura cada 30 s, hasta que la temperatura se mantenga constante en el termómetro.

Fig.1. Calorímetro CALCULOS Tab.1. Agua caliente Tiempo (t) 0

Temperatura (s) 50

30

50

60 90 120 150 180 210 240

50 50 49 49 48 48 47

2

Tab.2. Agua caliente más agua fría Tiempo (t) 0 30 60 90 120 150 180 210 240

Temperatura (s) 46 39 38 38 37 37 37 37 37

Tab.3. Datos experimentales Constantes Temperatura inicial del agua caliente

Datos

Masa de la probeta vacía

θ 1 = 50 °C m prob. = 134 g

Masa de la probeta con agua caliente

m prob.+ H O = 182 g 2

Masa del agua caliente

c

m H O = 48 g 2

c

Temperatura del agua fría

θ2 =23 °C

Masa de la probeta con agua fría

m prob.+H O = 183 g 2

Masa del agua fría

m H O = 49 g 2



Temperatura final en el calorímetro

θf = 37°C

Calor especifico del agua

Cp = 1 cal/g°C

Utilizar los datos en la ecuación (1):

m1 .Cp . ( θf - θ1 ) + K ( θf - θ1 ) + m2 . Cp . ( θf - θ2 ) = 0

K=

K=

−[ m 1 . Cp .( θf - θ1 ) + m 2 . Cp . ( θf - θ2 ) ] 1

2

θ f - θ1

-[48 g x1 cal / g°C x ( 37 °C-50 °C) +49 g x 1 cal / g°C x ( 37 °C-23 °C ) ] 37 °C-50 °C 3

K = 4.77 cal /°C CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

La constante del calorímetro (K) utilizado en la práctica de laboratorio es

4.77 cal /°C .

 Determinación de la constante no es totalmente exacta, ya que, la temperatura ambiente puede variar dependiendo del lugar donde se realice el experimento.

4...