LABORATORIO DE TERMODINMICA UNMSMINDICE:
RESUMEN....2
INTRODUCCION....3
MARCO TEORICO..4
MATERIALES Y REACTIVOS.8
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL..9
CALCULOS Y RESULTADOS....11
CONCLUSIONES.....15
BIBLIOGRAFIA.....16
ANEXOS....17
1.- RESUMEN
La prctica de laboratorio tiene como objetivo determinar de
forma experimental del calor especfico de los alimento, de la misma
manera la determinacin de calor de solucin y neutralizacin y los
efectos que ocasionan cuando una reaccin es exotrmica o endotrmica,
para ello se ha elaborado y obtenido resultados experimentales en
el presenta informe. Primero se determin la constante (k) del
calormetro que segn los pasos detallados se puedo determinar el
valor de 50 cal/C y al obtener aquel valor se pudo determinar el
calor especifico de la pera lo cual resulto un valor experimental
de 0,9 cal/C . Del mismo modo se puedo determinar el calor de
disolucin del cido ctrico lo cual resulto que por conversin de
unidades nos dio . De igual modo con el calor de neutralizacin
entre el HCl y el NaOH ambos a 0,5M dando como resultado que por
conversin de unidades nos dio un valor de .Al obtener los
resultados diferenciar cuando una reaccin libera o absorbe calor y
como esta influye en el valor final de determinacin por medio de
las ecuaciones planteadas en la teora.
2.- INTRODUCCION:
En el presente informe determinaremos el calor especfico que
viene a ser
Elvalordelacapacidadcalorficaporunidaddemasaseconocecomocalorespecfico,
tanto del agua como tambin de la fruta (pera), previamente habiendo
hallado el equivalente en agua del calormetro.Luego se proceder a
determinar el calor de solucin o disolucin que viene a ser de 2
tipos exotrmicas o endotrmicas en donde cada una est relacionada a
la liberacin y absorcin de calor respectivamente, los cuales estn
directamente relacionados a la variacin de la entalpia de su estado
inicial a su estado final, dicho calor es denominado como calor
integral de disolucin. Y el calor de neutralizacin que es definido
como el calor producido cuando un equivalente gramo de cido es
neutralizado por una base. El calor de neutralizacin tiene un valor
aproximadamente constante, en la neutralizacin de un cido fuerte
con una base fuerte, ya que en esta reaccin se obtiene como
producto en todos los casos un mol de agua.
2.- MARCO TEORICO CAPACIDAD CALORFICA:
Como regla general, y salvo algunas excepciones puntuales, la
temperatura de un cuerpoaumenta cuando sele aporta energaen forma
decalor.El cocienteentrela energa calorfica Q de un cuerpo y el
incremento de temperatura T obtenido recibe el nombre de capacidad
calorfica del cuerpo, que seexpresa como:
(1)
La capacidad calorfica es un valor caracterstico de los cuerpos,
y est relacionado con otra magnitud fundamental de la calorimetra,
elcalor especfico.
CALOR ESPECFICO:
El calor especfico es la cantidad decalorque se necesita por
unidad de masa para elevar latemperaturaun grado Celsius. La
relacin entre calor y cambio de temperatura, se expresa normalmente
en la forma que se muestra abajo, donde c es el calor especfico.
Esta frmula no se aplica si se produce uncambio de fase, porque el
calor aadido o sustrado durante el cambio de fase no cambia la
temperatura, esta relacin se expresa como:Dnde:
(2)
c es el calor especfico del cuerpom su masaC la capacidad
calorficaQ el calor aportadoT el incremento de temperatura
El calor especfico es caracterstico para cada sustancia y, en
elSistema Internacional,se mide enjulios por kilogramo y kelvin
(J/(kgK))
Considerando un sistema adiabtico, un calormetro ideal y una
mezcla de dos masas de agua a distintas temperaturas, se sabe que
despus de un cierto tiempo se alcanzar la misma temperatura final.
Para calcular la temperatura de equilibrio se recurre a la
conservacin de la energa. Como no se efecta trabajo mecnico, se
mantiene la energa trmica total del sistema. Por tanto, se puede
escribir: Ganancia de calor (por una parte del sistema) + prdida de
calor (por otra parte del sistema) = 0 Esta ecuacin de conservacin
se puede escribir en trminos de masas, calores especficos y
diferencias de temperatura de los diversos componentes:
Calor ganado = - Calor perdido
Mc CH2O (Tm-Tc) + Mf CH2O (Tm-Tf) = 0 (3)
CALOR DE DISOLUCION:
Cuando se disuelve un soluto en un disolvente, en general, se
produce un intercambio de energa que se manifiesta en un aumento o
disminucin de la temperatura del sistema. El calor absorbido o
liberado se denomina calor de disolucin. Si el proceso de disolucin
es exotrmico, se libera calor y la temperatura del sistema aumenta.
Si el proceso es endotrmico, se absorbe calor y la temperatura del
sistema disminuye.
En una disolucin exotrmica la energa del disolvente ms la del
soluto, por separado, es mayor que la energa del disolvente y el
soluto una vez mezclados. La diferencia de energa es lo que
conocemos como calor de disolucin o entalpa de disolucin (cuando el
proceso tiene lugar a presin constante). En este caso es una
entalpa negativa, puesto que en el estado final el sistema tiene
menos energa que el inicial.
En una disolucin endotrmica ocurre lo contrario, la energa del
estado inicial (soluto y disolvente por separado) es menor que la
energa del estado final (la disolucin). Por tanto, la entalpa es
positiva.
Es interesante conocer la cantidad de calor absorbida o
desprendida por mol de sustancia en el proceso completo, es decir,
cuando se disuelve toda la sustancia en la cantidad de disolvente
elegida .A la cantidad de calor generada en estas condiciones y
viene dado por:
(4)
REACCIN EXOTRMICA:H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4
ENTALPA DE DISOLUCIN.-
O llamado tambin calor de disolucines el cambio
deentalpaasociado a la disolucin de una sustancia en unsolventea
presin constante.El calor de solucin es una de las tres dimensiones
del anlisis desolubilidad. Se expresa ms frecuentemente enkJ/mola
temperatura constante. El calor de solucin de una sustancia est
definido como la suma de la energa absorbida, o energa endotrmica
(expresada en kJ/mol "positivos"), y la energa liberada, o energa
exotrmica(expresada en kJ/mol "negativos").A continuacin se
mostrara la ecuacin para la determinacin de la variacin de la
entalpia en una reaccin exotrmica.
CALOR DE NEUTALIZACION
La neutralizacin de soluciones acuosas diluidas de un cido por
medio de una solucin acuosa diluida de una base, es un tipo
particular de reaccin qumica; es una reaccin de neutralizacin. La
neutralizacin de una solucin acuosa de HCl con una solucin de NaOH
puede ser representada por la siguiente ecuacin:
HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O(l)
Por lo tanto el calor de neutralizacin se entiende como el calor
generado cuando un cido reacciona con una base para producir agua;
el proceso
deneutralizacincomprendenicamentelacombinacindelinhidrogenoehidroxilo
para formar agua no ionizadaLas reacciones que ocurren durante un
proceso pueden ser endotrmicas, si absorben calor, o exotrmicas, si
desprenden calor. Los cambios endotrmicos se expresan con signo
positivo, y los cambios exotrmicos con signo negativo de acuerdo
con la primera ley de la termodinmica. El cambio de entalpa
ocurrido en la reaccin directa es exactamente opuesto en la reaccin
inversa. Este efecto trmico es el mismo sin importar si la reaccin
ocurre en una o varias etapas. La magnitud del cambio depende de la
constitucin, el estado fsico de reactivos y productos yde la
expresin estequiomtrica.
4.- MATERIALES Y REACTIVOS:
MATERIALES.-Vasos de precipitadosTermmetroProbetaBagetaBalanza
analtica
REACTIVOS.-HCl a 12MH2SO4 a 18MNaOH
HCl NaOH H2SO4
5.- PROCEDIMIENTO:
I.- CONSTANTE DEL CALORIMETRO:Primero se determinar la constante
K del calormetro, para lo cual se usar 2 vaso de precipitados cada
una llena de 100mL de agua en donde una estar a temperatura del
medio ambiente y la otra calentada a 40C, luego se proceder a
mezclarlas obteniendo una temperatura nueva, anotar la temperatura
cuando esta sea constante.Reemplazando en la ecuacin (3)
determinaremos la constanteH2O a T = 30CH2O a T = 40CTm= 34C
II.- CALOR ESPECFICO DE LA MUESTRA:Obtenido el K del calormetro,
se puede determinar el calor especfico de la muestra a analizar
para lo cual se necesita 2 vasos de precipitados una de 100 mL de
agua a temperatura ambiente y en el otro 50g de pulpa de fruta
(pera) licuada y calentada a una temperatura entre 35C a 50C y se
procede a mezclar ambas soluciones hasta que alcance una
temperatura estable. Obtendremos el calor especfico de la pera
reemplazando los datos obtenidos en la ecuacin (3).H2O a T =
30CMuestra a T = 56CTm= 36C
III.- CALOR DE SOLUCION O DISOLUCION:Utilizar 2 vasos de
precipitados, uno solo de 100 mL de agua y en el otro 20g de cido
ctrico y se procede a mezclar y agitar hasta disolver completamente
el cido ctrico en la solucin y rpidamente te medir la temperatura
de la mezcla y anotar cuando esta sea estable. Para obtener la
variacin de la entalpia y determinar si es una reaccin endotrmica o
exotrmica se utilizara la ecuacin (5)H2O a T = 30CA ctrico a T =
30CTm= 27C
IV.- CALOR DE NEUTRALIZACION:Se har uso tambin de 2 vasos de
precipitados en donde uno contendr 50mL de HCl al 0,5M lo cual se
obtendr de HCl concentrado que por disolucin se obtendr lo deseado;
de la misma manera se necesitara 50 mL de NaOH al 0,5M para lo cual
pesaremos 1g y disolveremos en 50mL para obtener a la concentracin
deseada de NaOH. Una vez, obtenida las soluciones procedemos a
mezclar en donde se obtendr la temperatura de la mezcla y anotar
cuando esta sea constante. El calor de neutralizacin se obtendr
mediante la entalpia por la ecuacin (5).HCl a T = 31CNaOH a T =
32CTm= 31,5C
6.- CALCULOS Y RESULTADOS:
I.- CONSTANTE DEL CALORIMETRO:
Cuadro de datos 1.-TEMPERATURA AGUA FRIA T1TEMPERATURA AGUA
CALIENTE T2TEMPERATURA MEDIA Tm
304034
Calor ganado = - Calor perdido
Asumiendo:Densidad del H2O = 1g/mL Ce = 1cal/ gCReemplazando en
(3) obtenemos:
II.- CALOR ESPECFICO DE LA MUESTRA:
Cuadro de datos 2.-TEMPERATURA AGUA FRIA (T1)TEMPERATURA DE LA
PERA (T2)TEMPERATURA DE LA MEZCLA (Tm)
305636
Calor ganado = - Calor perdido
Reemplazando en (3) obtenemos:
III.- CALOR DE SOLUCION O DISOLUCION:
Cuadro de datos 3:AGUAACIDO CITRICOMEZCLA
TEMPERATURA (C)303027
MASA (Gr.)10020120
Utilizando la ecuacin (5):
Como: K = 50 cal/CPM cido ctrico = 192.13g/molFuente: Libro
qumica analtica, SKOOG Por lo tanto: n C6H8O7 = Reemplazando
datos:
Por conversin de unidades
IV.- CALOR DE NEUTRALIZACION:
Cuadro de datos 4:HClNaOHMEZCLA
TEMPERATURA (C)313231.5
MASA (Gr.)0.912511.9125
Para ello haremos uso de la siguiente ecuacin:
HCl:A partir de HCl a 12MSi = 1 del HCl, por lo tanto MHCl =
NHCl Por disolucin podemos determinar la cantidad de HCl
concentrado para preparar HCl a 0.5 M mediante la siguiente
formula:
N1 x V1 = N2 x V2
NaOH: Si se desea a 0.5M en 50mL a partir de NaOH solido por lo
tanto:
La reaccin de la mezcla de HCl con NaOH nos da:HCl(ac) +
NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O(l) 0.5M 0.5M 0.5M 0.5MLas concentraciones
de los reactantes son iguales a los productos por lo tanto la
cantidad e moles ser iguales para cada uno 0.5mol 1000mLX mol 50mLX
= 0.025molPor lo tanto:HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O(l)
0.025mol 0.025mol 0.025mol 0.025mol
Reemplazando en la ecuacin (5):
7.- CONCLUCIONES:
El calor es la forma de energa que se transfiere entre dos
sistemas (agua fra y agua caliente) debido a una diferencia de
temperatura.
Concluimos que las reacciones entre el agua y el cido ctrico son
endotrmicas, debido a que los valores de H obtenidos fueron
positivos.
El proceso de disolucin de una sustancia suele ir acompaado de
una absorcin o desprendimiento de calor.
El calor de solucin es el cambio de entalpa cuando 1 mol de
soluto se mezcla con una cantidad fija de solvente puro.
El calor de neutralizacin es igual a la entalpa de
neutralizacin
El calor de neutralizacin de un sistema cido dbil-base fuerte
depende de la naturaleza del cido y de la base as como de la
temperatura y de la concentracin.
El cambio de temperatura despus de lareaccin permanece
constante, mejor dicho en equilibrio.
La reaccin de neutralizacin de un cido con una base es una
reaccin exotrmica pues libera calor adems el valor obtenido
refuerza lo concluido.
8.- BIBLIOGRAFIA
LIBROS CONSULTADOS:
LEVINE, IRA N. Fisicoqumica 4a edicin, editorial McGraw-Hill
Interamericana de Espaa, 1996.
MARON Y PRUTTON, Fundamentos de Fisicoqumica, editorial Limuza,
Dcima quinta reimpresin.
PONZ MUZZO GASTON Tratado de Qumica Fsica 2da edicin 2000.
PGINAS CONSULTADAS:
www.geocities.ws/todolostrabajossallo/fico1.pdf
http://www.geocities.ws/todolostrabajossallo/fico2.pdf
www.pdftowordconverter.net/
http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_termo/conserv_energia_calor2k1.pdf
9.- ANEXOS: CALOR ESPECIFICO DEL AGUA A DIFERENTES
TEMPERATURAS:
FUENTE: www.vaxasoftware.com PROPIEDADES QUMICAS DEL ACIDO
CITRICO:CALOR ESPECFICO, DE SOLUCION Y NEUTRALIZACION 17
