Determinación del calor específico de sólidos mediante calorimetría, Resúmenes de Fisicoquímica

¡Descarga Determinación del calor específico de sólidos mediante calorimetría y más Resúmenes en PDF de Fisicoquímica solo en Docsity! UNIVERSIDAD DE CARTAGENA Facultad de Ingeniería Química CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS Santiago Alcalá Espinosa1, Keyber Villadiego Lombana1, David Silva Peña1 1 estudiante, Ingeniería química, Universidad de Cartagena, Colombia 1 Resumen Esta práctica presenta una metodología efectiva para determinar la capacidad calorífica de sólidos utilizando un calorímetro y agua a diferentes temperaturas. Los resultados obtenidos revelaron una capacidad calorífica del calorímetro de 263,53 J/°C. Además, se calculó el calor específico de dos sólidos de interés: para el hierro se obtuvo un valor de aproximadamente 0,10999 cal/g°C, mientras que para el aluminio fue de alrededor de 0,21899 cal/g°C. Estos resultados permiten comprender la relación entre la temperatura y la capacidad calorífica de los sólidos investigados, lo que contribuye al conocimiento en el campo de la termodinámica. Palabras claves: Calorímetro, Temperatura, Calor especifico, Celsius, Transferencia Abstract: This practice presents an effective methodology to determine the heat capacity of solids using a calorimeter and water at different temperatures. The results obtained revealed a heat capacity of the calorimeter of 263.53 J/°C. In addition, the specific heat of two solids of interest was calculated: for iron a value of approximately 0.10999 cal/g°C was obtained, while for aluminum it was around 0.21899 cal/g°C. These results allow to understand the relationship between the temperature and the heat capacity of the investigated solids, which contributes to the knowledge in the field of thermodynamics. Keywords: Calorimeter, Temperature, Specific Heat, Celsius, Transfer Introducción Gracias a las investigaciones realizadas por Einstein y Debye, existe una teoría mecánica estadística bien desarrollada para la capacidad térmica de sólidos. La dependencia de la temperatura en relación con 𝑪𝒑 en lo que respecta a los sólidos, se expresa comúnmente utilizando ecuaciones de la forma: 𝑪𝒑 = 𝒂 + 𝒃𝑻 + 𝒄𝑻𝟐 donde 𝑻 se da en kelvin, 𝒂, 𝒃 𝒚 𝒄 son constantes para cada sólido y 𝑪𝒑 (calor específico a presión constante) en cal/mol g ºC. Algunas veces se expresa el 𝑪𝒑 en una base de unidad de masa. La transferencia de calor de una sustancia que está a distinta temperatura de otra, cuando se ponen en contacto, está gobernada por el principio de la conservación de la energía. El calor cedido por una sustancia es absorbido por la otra. Si no hay pérdidas de calor en el calorímetro esta relación será. 𝑸𝒈𝒂𝒏𝒂𝒅𝒐 = 𝑸𝒄𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 𝑸 = 𝒎𝑪𝒑(𝑻𝒇 − 𝑻𝒊) m es la masa de la sustancia, 𝑻𝒇 es la temperatura final o de equilibrio, 𝑻𝒊 es la temperatura inicial. Calor especifico de solidos 2 El objetivo de esta práctica es determinar la capacidad calorífica del calorímetro y el calor específico de algunos sólidos utilizando ecuaciones que relacionan la capacidad térmica de los sólidos con la temperatura. Se utilizará el principio de conservación de la energía para analizar la transferencia de calor entre las sustancias en contacto en el calorímetro. Específicamente, se busca igualar el calor cedido por una sustancia con el calor absorbido por otra, asumiendo que no hay pérdidas de calor en el sistema. Materiales y equipos  4 calorímetros  1 baño termostático  4 probeta graduada de 100 ml  1 termómetro graduado en 0,1 grados  1 balanza  Muestras de Cu, Zn, Al y aleaciones.  Hilo grueso  Agua Metodología Parte I (capacidad calorífica del calorímetro) 1) Introduzca 100 ml de agua, exactamente medidos, en el calorímetro a temperatura ambiente. Ilustración 1 100 ml de agua a temperatura ambiente 2) Adicione al calorímetro, rápidamente, 100 ml de agua, exactamente medidos, a temperatura cercana de 50 º C. Tape el calorímetro. Ilustración 2 100 ml de agua a 50 °C 3) Agite y mida la temperatura más alta alcanzada en el calorímetro. Ilustración 3 recipiente que usamos como calorímetro 4) Repita el experimento mínimo dos veces y haga un promedio con los valores obtenidos. 5) Calcule la capacidad calorífica del calorímetro, teniendo en cuenta que el calor perdido por el agua caliente es ganado por el agua fría y el calorímetro. Calor perdido (Agua caliente) = Calor ganado (Agua fría) + Calor ganado (Calorímetro) Fisicoquímica laboratorio, práctica no. 5 5 4) Calcule el calor específico de los sólidos de interés, planteando la ecuación adecuada del balance energético. Para calcular el calor especifico emplearemos la siguiente formula: 𝑪𝒆 = 𝑸 𝒎 ∗ ∆𝑻 Ilustración 7 tabla calor especifico Para el Hierro: 𝑄 = 𝑚 ∗ 𝑐 ∗ ∆𝑇 𝑄 = 32,71 𝑔 ∗ 0,11 𝐶𝑎𝑙/𝑔°𝐶 ∗ (95°𝐶 − 36,8°𝐶) 𝑄 = 3,5981 𝐶𝑎𝑙/°𝐶 ∗ (58,2 °𝐶) 𝑄 = 209,40 𝐶𝑎𝑙/°𝐶 𝑪𝒆 = 𝑸 𝒎 ∗ ∆𝑻 𝑪𝒆 = 209,40 32,71 ∗ (95 − 36,8) 𝑪𝒆 = 209,40 32,71 ∗ (58,2 ) 𝐶𝑒 = 0,10999 Para el Aluminio: 𝑄 = 𝑚 ∗ 𝑐 ∗ ∆𝑇 𝑄 = 6,23 𝑔 ∗ 0,219 𝐶𝑎𝑙/𝑔°𝐶 ∗ (95°𝐶 − 35,6°𝐶) 𝑄 = 1,36437 𝐶𝑎𝑙/°𝐶 ∗ (59,4 °𝐶) 𝑄 = 81,04 𝐶𝑎𝑙/°𝐶 𝑪𝒆 = 𝑸 𝒎 ∗ ∆𝑻 𝑪𝒆 = 81,04 6,23 ∗ (95 − 35,6) 𝑪𝒆 = 81,04 6,23 ∗ (59,4 ) 𝐶𝑒 = 0,21899 5) Compare los valores obtenidos en el laboratorio, con los valores que aparecen en la literatura científica y calcule el error. 𝐸% = | 𝑣𝑒 − 𝑣𝑡 𝑣𝑡 | ∗ 100 𝐸% ℎ𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 = | 0,10999 − 0,11 0,11 | ∗ 100 𝐸% ℎ𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 = 0,009 𝐸% 𝐴𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑜 = | 0,21899 − 0,219 0,219 | ∗ 100 𝐸% 𝐴𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑜 = 0,0045 Porcentaje de error 𝐻𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 0,009 % 𝐴𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑜 0,0045 % Calor especifico de solidos 6 Conclusiones El experimento demostró ser de utilidad de la calorimetría para medir el calor específico de sólidos, así como la capacidad calorífica del calorímetro. Los resultados obtenidos mostraron una buena concordancia con los valores esperados, con pequeños porcentajes de error para el hierro y el aluminio. Este método proporciona una forma práctica y precisa de estudiar las propiedades térmicas de los sólidos, lo que puede tener importantes aplicaciones en diversos campos de la ciencia y la ingeniería. Aunque he de decir que estamos un poco inseguros con las fórmulas aplicadas. la experimentación realizada ofrece una valiosa contribución al entendimiento de la transferencia de calor en sólidos y la capacidad calorífica de los materiales. Este conocimiento puede ser aplicado en el diseño y desarrollo de sistemas y procesos térmicos, así como en la investigación de materiales para diversas aplicaciones industriales y científicas. Referencias y Bibliografía. [1] Diazgranados, V. M. B., & Diazgranados, V. M. B. ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA Y. [2] Domínguez, M. O., Avilés, A. C., Sánchez, Y. M., & Sánchez, F. L. (2018). Capacidad calorífica. Ingenio y Conciencia Boletín Científico de la Escuela Superior Ciudad Sahagún, 5(9). [3] Atarés Huerta, L. M. (2011). Determinación del calor específico de una sustancia. [4] julioprofe. (2017, 26 abril). 121. CAPACIDAD CALORÍFICA y CALOR ESPECÍFICO [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=vb48Ew0q5Zw