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PRÁCTICA 2
DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DE UN CALORÍMETRO, CALOR DE
NEUTRALIZACIÓN DE UNA REACCIÓN
I. INTRODUCCIÓN
La termoquímica estudia los cambios de energía en forma de calor que acompañan a los
procesos físicos y químicos. Cada reacción química implica ruptura y formación de enlaces,
lo que genera absorción o liberación de calor.
Estos fenómenos se clasifican en reacciones exotérmicas, cuando desprenden energía, y
endotérmicas, cuando la absorben.
El análisis del calor intercambiado se realiza mediante parámetros termodinámicos,
principalmente la entalpía (ΔH). El calorímetro es el instrumento básico para medir estas
variaciones energéticas en condiciones controladas. Su uso permite relacionar la teoría con
la práctica y obtener resultados cuantificables y comparables.
La termoquímica tiene aplicaciones en procesos biológicos, industriales y ambientales de
gran relevancia.
Estudiar estas transferencias de energía fomenta la comprensión de la eficiencia y
sostenibilidad de las reacciones.
En el laboratorio, se busca que el estudiante experimente la medición del calor de reacción.
Así se desarrollan destrezas experimentales y capacidad de análisis crítico en el marco de la
termodinámica.
II. OBJETIVOS
- Determinar la capacidad calorífica de un calorímetro
- Determinar el calor de neutralización de una reacción ácido-base
III. FUNDAMENTO TEÓRICO
La termoquímica es la rama de la química que estudia las variaciones de energía en forma
de calor asociadas a procesos físicos y químicos. El parámetro más importante es la entalpía
(ΔH) , que a presión constante equivale al calor absorbido o liberado por el sistema. Cuando
el proceso libera energía, se denomina exotérmico (ΔH < 0), y cuando la absorbe,
endotérmico (ΔH > 0).
Para cuantificar el calor de un proceso se utiliza la ecuación general:
q=m * C
e
* ΔT
donde q es el calor intercambiado, m la masa de la sustancia, C e
el calor específico, y ΔT el
cambio de temperatura. Sin embargo, en un experimento real se debe considerar que el
calorímetro absorbe parte del calor , por lo que se añade un término adicional:
donde C cal
representa la capacidad calorífica del calorímetro , es decir, la cantidad de calor
necesaria para elevar en 1 °C su temperatura.
Calorímetro de vaso de poliestireno
Un calorímetro es un dispositivo diseñado para medir el calor absorbido o liberado en un
proceso químico o físico, procurando que el intercambio de energía con el entorno sea
mínimo. Entre los diferentes tipos, el calorímetro de vaso de poliestireno (conocido también
como calorímetro de “vaso de unicel”) es uno de los más usados en prácticas de laboratorio
académico por su sencillez, bajo costo y aislamiento razonable.
El poliestireno expandido es un material con baja conductividad térmica, lo que permite
que el sistema se mantenga cercano a condiciones adiabáticas (sin pérdidas de calor
apreciables al ambiente). El vaso suele colocarse dentro de otro recipiente de soporte
(como un vaso de precipitados) y se cubre con una tapa de cartón o plástico con orificios
para introducir el termómetro y el agitador.
Aunque su aislamiento no es perfecto, este calorímetro es suficientemente eficaz para medir
cambios de temperatura en reacciones acuosas como:
- Determinación de la capacidad calorífica del propio calorímetro , a partir de la mezcla
de agua caliente y fría.
- Determinación del calor de neutralización en reacciones ácido–base, midiendo el
aumento de temperatura producido.
La corrección de la temperatura final, en caso de pérdidas de calor, se realiza aplicando un
método gráfico de extrapolación. De esta forma se obtiene un valor más preciso de la
variación de temperatura (ΔT), y con ello del calor liberado o absorbido.
En conclusión, el vaso de poliestireno es un calorímetro de bajo costo y confiabilidad
aceptable para estudios básicos de termoquímica, siendo una herramienta ideal para la
enseñanza universitaria.
q
total
= (m* C
e
* ΔT) + (C
cal
* ΔT)
El calor de neutralización experimental se obtiene dividiendo el calor total liberado entre los
moles de agua formados:
ΔH
neut
donde n corresponde al número de moles del reactivo limitante, que debe ser igual a los
moles formados de agua
3. Método gráfico para la corrección de la temperatura final
En los experimentos de calorimetría, el calorímetro no es perfectamente aislante, por lo que
pueden existir pérdidas de energía al ambiente. Esto afecta la determinación de la
temperatura final real. Para corregirlo, se utiliza un método gráfico :
- Se registra la temperatura de la mezcla durante un tiempo antes de la reacción
- Se registran los valores durante y después del proceso, donde la temperatura desciende
gradualmente por pérdidas de calor.
- Se extrapolan las líneas de la fase inicial y final, y su intersección se toma como la
temperatura de equilibrio corregida (Tf, corregida).
Este método permite minimizar errores sistemáticos y obtener un valor más confiable de ΔT,
mejorando así la precisión en la determinación tanto de C cal
como del calor de neutralización
Tabla 1. Datos experimentales
En la ecuación de la recta cuando tiempo=0, se tiene Tf = 39.
Tiempo (seg) 30 60 90 120 150 180 210 240
Temperatura
(°C)
IV. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS
MATERIALES:
- Vasos de poliestireno
- Vaso de precipitación de 250ml
- Probeta de 100 ml
- Termómetro
- Cronómetro
REACTIVOS
- Ácido clorhídrico 2 M
- Hidróxido de sodio 2 M
- Agua destilada
EQUIPOS
- Cocina eléctrica
- Calorímetro
- Balanza
V. PROCEDIMIENTO
EXPERIMENTO 1: Determinación de la capacidad calorífica de un calorímetro
- Arme el calorímetro colocando un vaso de poliestireno dentro de otro para mejorar el
aislamiento térmico.
- Vierta 50,0 mL de agua destilada en el vaso interior del calorímetro, previamente limpio y
seco. Coloque la tapa y atraviese con el termómetro hasta que toque el líquido. Registre
la temperatura inicial del agua fría (t
f
). En lo posible, utilice un termómetro digital y un
agitador magnético.
- En un vaso de precipitados de 150 mL, limpio y seco, mida otros 50,0 mL de agua destilada
y caliéntela hasta aproximadamente 50 °C. Una vez estabilizada la temperatura, registre
la temperatura inicial del agua caliente (tc).
- Agite suavemente el agua fría dentro del calorímetro y, mientras lo hace, vierta el agua
caliente. Cierre de inmediato el calorímetro con la tapa y continúe agitando la mezcla
moviendo el recipiente.
- A partir del instante en que se mezclan ambas aguas, registre la temperatura del sistema
cada 30 segundos durante un lapso cercano a cinco minutos.
GRAFICA 1 : Temperatura vs Tiempo (Capacidad calorífica del calorímetro)
En la ecuación de recta cuando tiempo = 0 , se tiene t f
Tabla 3 : Datos experimentales de la Ccal del calorímetro
Variables Variable Dato
peso de agua caliente = mL de agua caliente x densidad m agua caliente
Peso de agua fría = mL de agua fría x densidad m agua fría
Temperatura inicial de agua fría (°C) t i agua fría
Temperatura inicial del agua caliente (°C) t i agua caliente
Temperatura final de mezcla (°C) (use gráfica) t f
Cambio de temperatura del agua caliente tf - ti agua caliente ΔT agua caliente
Cambio de temperatura del agua fría tf - ti agua fría ΔT agua fría
Calor específico del agua J.g
.°C
Ce H 2
O
Reemplazar los valores numéricos en la fórmula (3) para obtener la capacidad calorífica del
calorímetro: Cc en J / °C :
EXPERIMENTO 2
Cálculos
Reacción de neutralización: HCl + NaOH →NaCl(ac) + H 2
O(l)
Datos de temperatura como función de tiempo después de mezclar:
Tabla 4 : Datos de temperatura a diferentes tiempos
Tiempo (seg.) 30 60 90 120 150 180 210 240
Temperatura(°C)
Graficar temperatura vs tiempo y determinar tf como se explicó en el experimento anterior Use
papel Milimetrado o hacerlo en Excel y pegarlo
GRAFICA 2 : Temperatura vs Tiempo (Calor de neutralización de la reacción)
En la ecuación de recta cuando tiempo = 0 , se tiene tf =
Tabla 4 : Datos experimentales del calor de neutralización
Variables del experimento Datos
Molaridad ácido M a
Molaridad de la base
Volumen del ácido (mL) v a
Volumen de la base (mL) vb
Volumen total de la mezcla = v a
Moles de ácido = Ma * (va /1000)
Densidad de mezcla (g / mL)
mmezcla= (va + vb ) * densidad (gr)
Capacidad específica de mezcla (J gr
°C
) Ce mezcla
Temperatura inicial de mezcla (°C) t i
Temperatura final de mezcla (°C) tf
Δt = t f
t i
(°C)
Capacidad calorífica del calorímetro (J / °C) Cc
