¡Descarga Determinación de la capacidad calorífica y calor de reacción de neutralización de metales y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Termodinámica solo en Docsity! Determinación experimental de la capacidad calorífica, el calor de reacción de neutralización y el calor específico de metales CAPACIDAD CALORÍFICA DEL CALORÍMETRO, CALOR DE REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN Y CALOR ESPECÍFICO PARA METALES Introducción Uno de los objetivos de la termodinámica es el estudio del calor y el trabajo. El calor es una forma de transferencia de energía. En la parte práctica se puede calcular la energía que se transfiere de un cuerpo caliente a uno frío. Los procesos que ocurren a presión constante como es el caso de la mayoría de las reacciones químicas, el calor a presión constante se identifica con el cambio de entalpía. La capacidad calorífica (C) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de una determinada cantidad de sustancia. La capacidad calorífica del calorímetro se halla mediante la siguiente ecuación: 𝐶= −𝑐𝑝𝐻2𝑂∙[𝑚1 + 𝑚2 ∙ 𝑇 2−𝑇𝑓 𝑇 1−𝑇𝑓] (1) Donde: C: capacidad calorífica del calorímetro (Cal/°C). cp(H2O): calor específico del agua (1 cal/g°C) m1: masa de H2O a temperatura ambiente (g). m2: masa del H2O caliente (g). T1: temperatura ambiente (°C) El calor específico (c) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de la sustancia. El calor específico se halla mediante la siguiente ecuación: 𝑐= 𝐶 𝑚 (2) Donde: c: calor específico C: capacidad calorífica m: masa La transferencia de calor de cuerpos calientes a cuerpos fríos se da de manera espontánea y las ecuaciones que describen este proceso son: 𝑞= 𝑚2𝑐2(𝑇2 −𝑇 𝑓) = 𝑚1𝑐1(𝑇 𝑓−𝑇 1) (3) 𝑑𝑇 𝑑𝑝𝑞= 𝑚𝑐𝑝 (4) 𝑞𝑝= 𝑚∫ 𝑐𝑝 (𝑇) 𝑑𝑇 𝑇 2 𝑇 1 (5) 𝑐𝑝= 𝑑𝑞𝑝 𝑑𝑇 (6) 𝑞𝑝= 𝑚2 ∫ 𝑐𝑝2(𝑇)𝑑𝑇= 𝑚1 ∫ 𝑐𝑝1(𝑇)𝑑𝑇 𝑇𝑓 𝑇𝑖 𝑇 2 𝑇 1 (7) Calor de reacción de neutralización El calor de neutralización se entiende como el calor generado cuando un ácido reacciona con una base para producir agua. Cuando una solución diluida de un ácido fuerte se neutraliza con una solución diluida de una base fuerte, el calor producido en la reacción por mol de agua formada es constante e independiente del ácido y la base empleada en la neutralización, como también de su concentración. Las ecuaciones que describen este proceso son: 𝑞𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎𝑠= 𝑞𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛+ 𝑞𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜+ 𝑞𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝟎= 𝑞𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛+ 𝑞𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜+ 𝑞𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 (9) 𝑞𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛= −(𝑞𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛+ 𝑞𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜) (10) ∆𝐻𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛= 𝑞𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 (11) ∆𝐻𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛= −(∆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛+ 𝑞𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜) (12) ∆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛= (𝑚1𝑐1 + 𝑚2𝑐2)∆𝑇 (13) 𝑞𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜= 𝐶∆𝑇 (14) ∆𝐻𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛= ((𝑚1𝑐1 + 𝑚2𝑐2)∆𝑇 + 𝐶∆𝑇) (15) Donde: 𝑚1𝑚2 : masa del sistema reacciónate. 𝑐1𝑐2 : calor específico de las soluciones C: capacidad calorífica del calorímetro. ∆𝑇: cambio de temperatura durante la reacción Procedimiento La praxis constó de tres partes: 2.1. Determinación de la capacidad calorífica del calorímetro. Inicialmente en un vaso de precipitados de 200 mL se agregó 50 mL de agua destilada (𝑚1) a temperatura ambiente, este se colocó dentro del calorímetro y se determinó de nuevo su temperatura (𝑇 1); por otra parte, se calentó 50 mL de agua a 40°C (𝑇2), una vez se estabilizó la temperatura de esta muestra se añadió al calorímetro; cuya sumatoria de muestras fue (𝑚2), este a su vez fue tapado de inmediato y de manera simultánea a la agitación se midió su temperatura hasta que se encontró en equilibrio térmico (𝑇 𝑓). Este procedimiento se repitió 2 veces aumentando (𝑇2) 10 °C en cada repetición. Los datos anteriormente mencionados fueron recopilados en la tabla 1. 2.2. Determinación del calor de neutralización. Se agregó 50 mL de NaOH 0.5 M a un vaso de precipitados de 200 mL este fue introducido en el calorímetro, por otra parte, se midió 50 mL de HCl 0.5 M para ambas soluciones se calculó sus temperaturas hasta que estas se encontraron en equilibrio térmico con el medio circundante. Luego se vertió el HCl 0.5 M en el vaso que se encontraba dentro del calorímetro, de inmediato fue tapado y de manera simultánea a la agitación se midió su temperatura cada veinte segundos hasta llegar a una temperatura uniforme.
