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Lab 6 QMC

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UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO

FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA


DEPARTAMENTO DE QUIMICA

TRABAJO
EXPERIMENTAL N° 7

CAPAC
TEMA:

IDA
ESPEC
IFICA
DE
DOCENTE: MARIO HUANCA IBAÑEZ
MATERIA: FISICOQUIMICA 1206 “A”
UNIVERSITARIO: DARWIN VICTOR GARCIA TITO
FECHA DE ENTREGA: 26 – 09-2019
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CAPACIDAD ESPECÍFICA DE LÍQUIDOS


SOLUCIONES Y SOLIDOS
Resumen.-

La presente práctica experimental fue realizada para determinar la capacidad


calorífica de un líquido puro, en este caso el agua, y un sólido que viene a ser el
aluminio.

El “Método de la resistencia eléctrica de líquidos”, las variables que fueron


medidas para este método son la Temperatura (T) ,el tiempo(t), el voltaje(V), la
corriente(I) y la masa de agua utilizada(ma)

“el método de las mezclas para sólidos y soluciones “, en este método las
variables a medir fueron : la temperatura del agua fuera del calorímetro(T o),la
temperatura del agua dentro del calorímetro(T o’),la temperatura de equilibrio(Te),
temperatura a calentar (Tc),para hallar la densidad del líquido

SUSTANCIA CALORE CALORE RENDIMIENTO


ESPECIFIC ESPECIFICO .
O (EXPERIMENTAL)
(TEORICO)

[Cal
] [
Cal
g∗° C ]
g∗° C
AGUA (l) 1,000 0,950 95 %
ALUMINIO 0,220 0,234 94 %
(s)

1.-INTRODUCCIÓN
Las medidas de cantidades de calor que pueden absorber o liberar las sustancias
solidas o liquidas depende de su naturaleza química; así por ejemplo. Si distintos
cuerpos de la misma masa Sean de hierro, cobre, estaño, etc., a una misma
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temperatura y los proyectamos sobre un bloque de hielo, observamos que la


cantidad de hielo fundida por cada uno de ellos será distinta; el hierro fundirá
mayor cantidad, le seguirá el cobre, luego el estaño.
Diremos, pues, que la cantidad de calor que tenía el hierro era mayor que la que
contenida el cobre o el estaño.
Si dos cuerpos proyectados sobre un bloque de hielo funden una misma masa de
este Diremos que ambos cuerpos tenían la misma cantidad de calor, y si uno de
ellos funde una masa doble que el otro, la cantidad de calor que contenía el
primero será doble de la que contenía el Segundo. El calor es pues, una magnitud
física medible.
En las aplicaciones industriales se conocen valores constantes de la cantidad de
calor que pueden absorber o liberar los cuerpos, cuando su masa es de un
kilogramo y las variaciones de temperatura son de 1°C.
Esto se conoce como el calor especifico de las sustancias solidas o liquidas.

Para determinar experimentalmente esta propiedad física, se emplean métodos


físicos: pará líquidos puros el método conocido es el de la resistencia eléctrica y
de soluciones es el método de las mezclas

2. - OBJETIVOS

 Determinar el calor especifico de un liquido, empleando el método de la


resistencia eléctrica para evaluar la información mediante una
transformación y calcular la eficiencia del método experimental .
 Determinar el calor especifico a presión = ctte. De solidos y liquidos y
disoluciones empleando el método de las mezclas por transferencia de
calor en un sistema aislado con referencia al calor especifico del agua y
calcular la eficiencia del método experimental

3.- FUNDAMENTO TEÓRICO.-


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Calor Específico (Ce).-El calor especifico o capacidad calorífica se refiere a la


magnitud de calor que puede absorber o puede liberar en un proceso
termodinámico 1 gramo de sustancia al modificar su temperatura en un grado.

Transferencia de calor

Los procesos físicos por los que se produce la transferencia de calor son la
conducción y la radiación. Un tercer proceso, que también implica el movimiento
de materia, se denomina convección. La conducción requiere contacto físico entre
los cuerpos o las partes de un cuerpo— que intercambian calor, pero en la
radiación no hace falta que los cuerpos estén en contacto ni que haya materia
entre ellos. La convección se produce a través del movimiento de un líquido o un
gas en contacto con un cuerpo de temperatura diferente.

Calorímetro de las mezclas

Este aparato tiene la característica ya descripta y ha sido denominado


impropiamente calorímetro de agua. Las determinaciones se efectúan a intervalos
de temperaturas próximas a la temperatura del medioambiente; y se supone que el
calor específico del agua es constante e igual a la unidad.

El método consiste en introducir en el calorímetro una cantidad conocida de agua,


a una temperatura determinada, y luego colocar dentro de ella cierta masa de la
sustancia cuyo calor específico se desea conocer y a una temperatura superior
conocida. Se mide la elevación de temperatura del agua, hasta que alcance el
equilibrio térmico con la sustancia problema.
Si llamamos M1 a la masa del agua, t1 a su temperatura inicial que es la misma del
calorímetro;

Mt, Ma Mp las masas del termómetro, agitador y paredes del calorímetro cuyos
calores específico son respectivamente ct , ca y cp ; m2 la masa de la sustancia
cuyo calor específico c2 se desea conocer y que se introduce a temperatura t2; y
por último t a la temperatura de equilibrio, siendo t 2 > t > t1; de acuerdo a la
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definición de calor específico, medio, el calor cedido por la sustancia problema


será:

Q2 = M2.c2.(t2 – t)

Y el calor absorbido por el agua, las paredes del calorímetro, el termómetro y


agitador: siendo el calor específico del agua igual a 1).

Q1 = (M1 + Mt .ct + Ma .ca + Mp .cp). (t – t1)

Como los cuerpos forman parte de un sistema aislado y solo intercambian calor
deberá ser: Q1 = Q2; además, de acuerdo a la definición de equivalente en agua

E = Mt .ct + Ma .ca + Mp .cp

En consecuencia

M2 .c2 (t2 – t) = (M1 + E) (t – t1)

De donde:

Esta expresión permite calcular el calor específico medio de la sustancia entre las
temperaturas t2 y t.

Método de la resistencia eléctrica (Para Líquidos).-

Consiste en calentar una determinada masa en liquido en una determinada


temperatura a través de un resistencia eléctrica entregándole o siniestrándole un
diferencia potencial cantidad de corriente constante.

Termodinámicamente en el proceso se manifiesta una transformación de energía


que es trabajo eléctrico convertido en calor para calentar el agua.
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W e=qa

q e∗ε =ma∗C e∗∆T

I∗t∗ε=ma∗Ce∗∆ T

Durante el proceso de calentamiento los cambios infinitesimales deT a través del


tiempo se pueden expresar de la siguiente manera:

ε∗I∗dt=ma∗C e∗dT

T t
ε∗I
∫ dT = ∗ ∫ dt
ma∗C e t =0
To

ε∗I
T −T 0= ∗t
m a∗C e

T =T 0+ B∗t

Método de las Mezclas

Consiste en efectuar una mezcla de dos sustancias que están a diferentes


temperaturas en un sistema aislado, por transferencia de calor hasta alcanzar la
temperatura de equilibrio

-q c =+q frio +q cal

- mc*Cec*∆T1 = mf*Ce*∆T2 + mcal*Cecal*∆T3

Seguidamente despejando el calor específico del compuesto (Cec) se tiene:

mf ∗C e∗∆ T 2 +mcal∗C e ∗∆ T 3
Ce = cal

c
−mc∗∆ T 1

∆T1=T e −T c ; ∆T2=T e −T 0
'
; ∆T3=T e −T 0
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Reemplazando los valores de ∆T1, ∆T2, ∆T3

mf ∗C e∗( T e −T 0 ) +mcal∗C e ∗( T e −T 0' )


Ce = cal

c
−mc∗( T e−T c )

Donde el valor de π=mcal∗C e =25−29


cal [ ]
cal
°C

4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

*Método de resistencia eléctrica para líquidos.

Materiales

 Baso de precipitación
 Termómetro
 Resistor eléctrico
 Píldora magnética
 Fuente de corriente continua
 Agitador vaso precipitado
 Data louger lab quest 2
 Cronómetro.
 Probeta.
Reactivos
 Agua destilada
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Montaje del Experimento

LabQuest2
Vaso de

Precipitado

Probeta

Conductores
Voltimetro

Resistencia

Procedimiento Experimental.-

 Verificar que la mesa de trabajo esté totalmente vacía y limpia


 Introducimos la píldora magnética en el vaso de precipitación.
 Agregar luego en el vaso de precipitación introducir 400 ml de H 2O
destilada.
 Activar el agitador para mantener la temperatura constante en toda el
agua.
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 Conectar los respectivos cables a la fuente de corriente continua


conjuntamente al resistor.
 Introducir el resistor al vaso con agua y la píldora magnética, luego
encender la fuente de corriente continua.
 Medir tiempos y a la vez temperaturas.
 Tomar también medida del voltaje (V) y la corriente eléctrica (I).
*Método de las mezclas

Materiales  Hornilla
 Probeta
 Calorímetro
 Agitador Reactivos
 Frasco Dewar
 aluminio.

Montaje del Experimento

LabQuest2
Calorimetro

Hornilla

Vaso de

Precipitado

Procedimiento Experimental

Método de las mezclas


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Para la salmuera

 En el vaso de precipitación introducir 220ml de H 2O destilada y calentar


en la hornilla hasta llegar a una temperatura de aproximadamente
60ºC.- 65 °C
 En un vaso de precipitación introducir 230 de solución de salmuera
 Preparar una solución con salmuera y con H2O destilada.
 Verter en el calorímetro a temperatura ambiente la solución preparada.
 Luego introducir el agua caliente en el calorímetro con la solución.
 Esperar aproximadamente 10 segundos y medir la temperatura de
equilibrio de la solución y el agua.

Repetir el mismo procedimiento experimental con un liquido desconocido y


hallar su temperatura de equilibrio de la solución y el agua

Para el solido

 En el vaso de precipitación introducir de H2O destilada y calentar en la


hornilla hasta llegar a una temperatura de aproximadamente 60ºC.- 65
°C o mas para un solido ( el solido debe estar dentro del H 2O
calentando )
 En un vaso de precipitación introducir H 2O 220 ml en el calorímetro y
medir la temperatura que tiene en el calorímetro
 Luego introducir el solido al calorímetro con H 2O ( el solido debe estar
sujetado con una cuerda delgada o hilo para asi poder mover con el
agitador )
 Luego esperar para medir la temperatura de equilibrio
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5.- DATOS Y RESULTADOS

Para la determinación de los resultados se obtuvieron los siguientes datos:

5.1 .Para el Método de Resistencia Eléctrica

La siguiente tabla es obtenida experimentalmente para emplear el método de la


resistencia eléctrica, en la cual se determinara la capacidad especifica del agua.
Se realizaron medidas de temperatura a través de un determinado tiempo, así
también pudo tomarse datos de intensidad y potencia del equipo a utilizar.

TABLA 1. DATOS DE TEMPERATURA Y TIEMPO OBTENIDOS


EXPERIMENTALMENTE.

Temperatura[°C Nº
N° Tiempo [s] Tiempo [s] Temperatura[°C]
]
1 0 16,3 11 150 31,3
2 15 17,5 12 165 32,6
3 30 18,8 13 180 34,1
4 45 20,5 14 195 35,6
5 60 22,1 15 210 37,1
6 75 23,7 16 225 38,5
7 90 25,0 17 240 40,1
8 105 26,8 18 255 40,4
9 120 28,4 19 270 43,0
10 135 29,8 20 285 44,5
21 300 46,0

VH2O=400 [ml] V= 25 [Volt]

I= 7,9 [A] H2O a 15[°C]=0,99793[g/ml]

5.2 Método de las mezclas.-

Para el aluminio.
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Para determinar la capacidad específica del aluminio se llevaron a cabo las


siguientes mediciones de lecturas físicas, como ser temperatura inicial,
temperatura de equilibrio, temperatura de ebullición, masa del cuerpo y
volumen de agua.

To=15,3 [°C]

To’=16,2 [°C] maluminio =61,15[g]

Tc=87,1[°C] H2O a 16[°C]=0,99780[g/ml]

Te=18,8 [°C]

mH20 =VH20=265 [ml]

Los Resultados Obtenidos Realizando Los Adecuados Cálculos.-

 Por El Método De La Resistencia Eléctrica.-


Calor especifico Para el agua con rendimiento del 95 %

C e =0,950
H 2O [ Cal
g∗° C ]
 Por El Método De Las Mezclas.-
Calor específico para el aluminio con un rendimiento del 94 %

Cealuminio
=0,234
[ Cal
g∗° C ]
5.-3 me

6.- DISCUSIÓN.-

 Comparando los resultados obtenidos con los resultados teóricos se tiene:

SUSTANCIA CALORE ESPECIFICO CALORE ESPECIFICO


(TEORICO)
Cal
g∗° C [ ] (EXPERIMENTAL) [ Cal
g∗° C ]
AGUA (l) 1,000 0,950
ALUMINIO (s) 0,220 0,234
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Se observa que los resultados experimentales se aproximan con exactitud a


los resultados teóricos obtenidos por tabñas.
Sin embargo se debe tomar en cuenta la lectura cuidadosa de datos debido
a que podría generarnos error si no tomamos en cuenta las indicaciones del
docente y los cuidados necesarios.

7.- CONCLUSIONES Y/O RECOMENDACIONES.-

 Para el experimento de la resistencia eléctrica se debe tomar en cuenta


que el líquido a determinar el calor especifico no sea un líquido volátil
 Al momento de estar realizando la experiencia de la resistencia eléctrica
se debe tomar muy en cuenta que el líquido no sobrepase la temperatura
crítica del compuesto estudiado.

SUSTANCIA CALORE CALORE ESPECIFICO RENDIMIENTO.


ESPECIFICO (EXPERIMENTAL)
(TEORICO) [Cal
g∗° C ] [
Cal
g∗° C ]
AGUA (l) 1,000 0,950 95 %
ALUMINIO (s) 0,220 0,234 94 %

Fuente: Manual De Datos Del Ingeniero Químico.


8. - BIBLIOGRAFIA.

 Huanca Ibáñez Mario, Guía de Prácticas de Laboratorio de Fisicoquímica,


pag 61-66.

 Arthur Vogel Química Analítica Cuantitativa, Tomo I

 Manual De Datos Del Ingeniero Químico


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9. APÉNDICE

9.1 Método de resistencia eléctrica para determinar el calor específico del


agua:

Con los datos de temperatura y tiempo se hace una gráfica para hallar la ecuación
de la recta:

Con la ayuda del grafico se puede obtener A y B

Y = ax + b

b=16,1532[°C] a=0,0996[°C/s]

Hallando la masa de agua:La densidad del agua a 15[°C] es igual a 0,99793[g/ml]

m=ρ∗V =0,99793
[ ]
g
ml
∗400 [ ml ] =398,172[ g]

Según la teoría se tiene el conocimiento de que la pendiente de la recta es igual:

ε∗I
B=
ma∗C e

Despejando el calor especifico del agua:

C e=
ε∗I
=
7 , 9 [ A ]∗25[V ]
=3,974
[ A∗V∗t
]
m∗B
398,172 [ g ]∗0,0996 [ ]°C
s
g∗° C

Convirtiendo a unidades de calorías:


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C e =3,974
A∗V ∗t
g∗° C [
∗1 [ cal ]
=¿
]
4,184 [ A∗V ∗t ]

C e =0,950
[ Cal
g∗° C ]
9.2 .Método de las mezclas para determinar el calor específico.

Cálculos para el aluminio (solido).-

Calculando la masa de agua:

m H o =V H O∗ρ H O a16 ° C =265 [ ml ]∗0,99780


2 2 2 [ ] g
ml
=264,417 [g]

Reemplazando los datos para hallar el Ce en la siguiente ecuación.-

m H O∗C e∗( T e−T 0 ) + mcal∗C e ∗( T e −T 0' )


C aluminio= 2 cal

−mmarmol∗( T e −T c )

Ce =
264,417[ g]∗1 [ cal
g∗° C ]
∗( 18 , 8−15 ,3 ) [° C ]+27
cal
°C [ ]
∗( 18 , 8−16 ,2 ) [° C]
aluminio
−61 , 15[ g]∗( 18 , 8−87 , 1 ) [° C ]

Ce aluminio
=0,234
[ Cal
g∗° C ]

Calculo del rendimiento para el valor del calor específico del agua y del aluminio

SUSTANCIA CALORE ESPECIFICO CALORE ESPECIFICO


(TEORICO)
Cal
g∗° C [ ] (EXPERIMENTAL) [ Cal
g∗° C ]
AGUA (l) 1,000 0,950
ALUMINIO (s) 0,220 0,234
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RENDIMIENTO PARA EL CALOR ESPECÍFICO DEL AGUA:

R=
0,950
[ Cal
g∗°C ] ∗100 % → R=95 %
1[ Cal
g∗° C ]
RENDIMIENTO PARA EL CALOR ESPECÍFICO DEL ALUMINIO:

R=
0,220
[ Cal
g∗°C ] ∗100 % → R=94 , 01 %
0,234 [
Cal
g∗° C ]
DATOS DE CALOR ESPECÍFICO OBTENIDOS DEL MANUAL DE DATOS DEL
INGENIERO QUIMICO

10. CUESTIONARIO

a) Explique el método de la resistencia eléctrica para determinar el calor


específico de un líquido puro y que sea orgánico. ¿Qué condiciones se
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deben tomar en cuenta?

El método de la resistencia eléctrica es un buen método para poder terminar la


capacidad calorífica de cualquier compuesto ya sea líquido, solido o gas.

En primer lugar, buscamos el valor del equivalente en agua del calorímetro, k.


Utilizamos una balanza para pesar el agua que agregábamos al calorímetro.
Mezclamos distintas cantidades de agua fría y caliente repetidas veces dentro del
calorímetro y esperamos a que el sistema se estabilizara. Con un termómetro de
mercurio medimos la temperatura final que alcanza el mismo en el equilibrio. De
esta forma obtuvimos k, que representa una masa de agua cuya capacidad
calorífica es igual a la del conjunto constituido por el termómetro, el recipiente y la
lamparita. Diseño experimental para medir la constante eléctrica del calor a partir
de la potencia disipada por una lamparita y el calor recibido por el agua dentro del
calorímetro. Una vez que contamos con el valor de k, pudimos llevar a cabo
nuestro experimento principal. Para ello, necesitamos de una fuente de tensión, en
nuestro caso con 12 volt, y un amperímetro para medir la corriente que circula por
la resistencia eléctrica. Nuestra resistencia fue una lamparita de 100 W.
Proporcionamos a la lamparita una potencia de aproximadamente 29.2 W. En la
figura 1 se ilustra la disposición de los elementos. Agregamos 220 ml de agua
(210 g) al calorímetro y medimos su temperatura con el termómetro para distintos
intervalos de tiempo determinados por un cronómetro. Volvimos a repetir el
experimento anterior agregando tinta negra al agua, de forma tal que no se
perdiera calor por radiación. Resultados El valor que obtuvimos para la masa
equivalente en agua del calorímetro fue de 20.3 g, pero con un error demasiado
grande. Decidimos entonces realizar todos los cálculos necesarios a partir del
valor que informa el fabricante de 23 g. Comparamos la velocidad de transferencia
del calor (temperatura versus tiempo). De esta grafica se Obtiene la pendiente de
la recta la cual esta es usada para determinar el calor especifico del agua en la
siguiente ecuación:
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ε∗I T =T 0+ B∗t
T −T 0= ∗t
m a∗C e

Las condiciones que se deben tomar es que principalmente el líquido a ser


estudiado no sea volátil y en el momento de realizar la experiencia no se debe
sobrepasar la temperatura crítica.

b) se disponen en una capsula de porcelana 25 gramos de harina de maíz y


se calientan en un horno hasta la temperatura de 85ºC seguidamente se
agregan 200g de agua que esta a una temperatura de 18ºC que están
contenidas en el frasco Dewar. La temperatura de equilibrio que alcanza es
de 27.4ºC. Considere las características del frasco calcular el calor
especifico de la harina de maíz.

−mmaiz∗C e ∗( T c −T e ) =m∗C e∗( T f −T e ) + π∗( T f −T e )


maiz

( m∗C e + π )∗( T f −T e )
Ce =
maiz
−mmaiz∗( T e −T c )

Ce =
( 200 [g]∗1
[ cal
g∗° C ] [ ])
+25
cal
°C
∗( 27 , 4−18 ) [° C]
=1,4687
maiz
−25 [g]∗( 27 , 4−85 ) [° C ]

c) Podría considerar otro método para determinar el calor específico de


solución iónica. Especifíquese las condiciones de trabajo para este
propósito.

Método: Por el interior del calorímetro tipo Calendar circula una corriente de agua
a flujo constante, que se calienta mediante una resistencia eléctrica conectada a
una fuente de alimentación en corriente alterna. Al cabo de un cierto tiempo se
alcanza un régimen estacionario y la temperatura de salida del agua, t2,
permanece constante. Se lee esta temperatura, así como la temperatura de
entrada del agua, t1, y la potencia que se disipa en la resistencia, W. Por último,
se determina el flujo de agua φ que circula por el calorímetro recogiendo en un
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vaso la masa m que sale del Calendar en un tiempo τ (φ = m/τ ). Teoría: Una
resistencia eléctrica alimentada con una potencia, W durante un tiempo τ disipar a
en forma de calor una energía Q = W τ . En régimen estacionario el calor disipado
en la resistencia se emplea en calentar el agua que circula por el calorímetro, que
entrar a una temperatura t1 y saldrá a una temperatura t2, de tal forma que
“absorber a” una cantidad de energía dada por: Q = m Cp (t2 − t1).

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