Determinación del Calor Especifico de Metales: Experimentos y Cálculos, Apuntes de Fisicoquímica

¡Descarga Determinación del Calor Especifico de Metales: Experimentos y Cálculos y más Apuntes en PDF de Fisicoquímica solo en Docsity! DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO DE METALES OBJETIVO: El alumno determinará experimentalmente el calor específico de diferentes metales y determinará los valores aproximados de los pesos atómicos con base en la: Ley de Dulong-Petit. INTRODUCCIÓN La calorimetría es una rama de la termodinámica que se ocupa de la medición de las cantidades de calor que intervienen en distintos fenómenos. El calor (Q) es una forma de la energía que se transfiere de un objeto a otro dependiendo de las temperaturas relativas de ambos: 1819, Pierre Dulong y Alexis Petit observaron que la capacidad calorífica por mol de varios e l e m e n t o s s ó l i d o s , e s aproximadamente constante a condiciones normales. Aproximadamente se necesitan 6.2 cal para elevar 1°C la temperatura de un mol de metal. Por lo tanto, la Ley de Dulong y Petit puede formularse: peso atómico x capacidad calorífica específica = calor atómico (capacidad calorífica at – g.) P. A x c = 6.2 [ ] 6.2 P.A − = cal/at g atómico) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar en un grado Celsius la temperatura de un mol de sustancia. La capacidad calorífica específica (calor específico) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de sustancia. El calor específico de un material es característico para cada sustancia y depende de su estructura interna. Si transferimos la misma cantidad de energía en forma de calor a diferentes materiales de la misma masa, el cambio de temperatura es diferente en cada material, es decir los cambios observados en cada material dependen de su capacidad calorífica. Si tomamos el agua como sustancia de referencia (c = 1.0 cal/g ºC), podremos saber el calor específico de otro material, al colocarlos en contacto térmico. El agua tiene una alta capacidad calórica comparada con otros líquidos. Además exhibe un comportamiento anómalo de 0 ºC a 4 ºC en que se contrae a medida que se calienta.También se expande cuando se congela. La expansión resulta en una disminución de la densidad, permitiéndole al hielo flotar en el agua. UNIDADES DE LA CANTIDAD DE CALOR En el sistema internacional S.I la unidad de “trabajo”, de “energía”, de “cantidad de calor” es el Joule. 1 [Joule] = 0.239 [cal] 1 [cal] = 4.184 [Joule] 1 [Kcal] = 4.184 [KJoule] (Para elevar su temperatura en un mismo número de grados, los cuerpos absorben cantidades diferentes de calor) CALORIMETRÍA Temperatura: La temperatura es una propiedad de un cuerpo y el calor es un flujo de energías entre dos cuerpos a diferentes temperaturas. La temperatura e s u n p a r á m e t r o termodinámico del estado de un sistema que caracteriza el calor, o transferencia de energía térmica, entre ese sistema y otros. Desde un punto de vista microscópico, es una medida estadística de la energía cinética asociada al movimiento aleatorio de las partículas que componen el sistema. Capacidad calorífica específica ■ El cambio de temperatura experimentado por un objeto cuando absorbe cierta cantidad de energía está controlado por su capacidad calorífica específica. ■ La capacidad calorífica específica (calor específico) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de sustancia. se expresa por la ecuación: Q = mc(t1 - t2) m – masa del cuerpo c - Capacidad calorífica específica (calor específico) Sí m = 1g t1 - t2 = 1°C ∴ Q = c El calor específico se puede Temperatura final: t3 (t2 < t3 < t1 ) m2 t2 c2t2 (t2 < t1) c2=1cal/g m1, t 1 después m2, t2 antes tf Para medir el calor específico de una sustancia, pesamos bloques de diferentes materiales: aluminio, cobre y acero. Posteriormente los calentamos a la temperatura t1 en agua caliente (a unos 94º), después introducimos el bloque en el calorímetro que contiene agua a una temperatura t2. Después de producirse el intercambio de calor, tanto el agua del calorímetro como la del bloque alcanzan una temperatura final tf y con estos datos se puede calcular el calor específico. Q1 = Q2 m1c1(t1 – t3) = m2 1(t3 – t2) m1t t c − − = ( ) 2 3 2 1m t t . Agregar 80 mL de agua al calorímetro. Medir la temperatura (t2). Pesar el metal escogido en la balanza y anotar su masa. Amarrar el metal a un hilo para poderlo sumergir en agua. . Colocar en un vaso de precipitados el metal con mucho cuidado y llenar el vaso de agua destilada hasta que cubra completamente el metal. Calentar hasta ebullición. Se detiene el calentamiento y después de 4 minutos se determina la temperatura (t1) antes de efectuar la mezcla. Inmediatamente se sumerge el metal en el agua del calorímetro; esperar 3 minutos hasta alcanzar la temperatura final de equilibrio y registre esta temperatura como (t3). Anotar los resultados en una tabla. Repetir el experimento con distintos metales. Las piezas metálicas se introducen todas juntas en un vaso precipitados con agua, de tal forma que el agua las cubra. Se calienta el agua hasta que hierva. Cuando las piezas metálicas alcancen la temperatura adecuada, se saca una de ellas y se introduce en el calorímetro, mientras las demás permanecen sumergidas en el agua hirviendo. . Repetir este procedimiento con los metales restantes Calcular el calor específico del metal El peso atómico aplicando la Ley de Dulong y Petitt. Comparar el valor teórico con el resultado experimental y determine el error relativo. Datos experimentales Muestra 1 Plomo Muestra 2 Alumini o Muestra 3 Hierr o Masa del metal (m1) Masa del agua (m2) Temperatura del metal (t1) Temperatura del agua (t2) Temperatura de la mezcla (t3) C a l o r específico cal/g Peso atómico 110 g 90g 100g 80g 80g 80g 97ºC 97ºC 97ºC 22ºc 22ºc 22ºc 35ºC 40ºC 45ºC = c = 0.12 cal/gcV⋅ 120 1 3.2 100(32) II P.A x C = 6.2 [ ] 6.2 / . − = cal at g P A / c [cal g] [ ] 6.2 cal/at g P.A.0.1 2 − = [cal/g] P. A. = 51.67 [g/at-g] 6.2 cal/at g P.A.0.1 3 − = [cal/g] P. A. = 47.692 [g/at-g] II Determinación del equivalente químico del titanio, Ley de Richter. m= ⇒ m= Eq m 1 2 Eq Eq 1 2 m Ti O Eq Ti O m Eq Eq⋅ ⇒ = Ti O T im O 59.95 p.p.Ti 8 p.p. O EqTi⋅ ⇒ = 40.05 p.p.O Eq(Ti) = 11.975 p. p. Ti