Practica 1 Fisicoquímica

PRÁCTICA No. 1

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

1. Elemento de competencia

Explicar la interrelación entre calor, trabajo, energía interna y entalpía como parte de las bases científicas aplicadas a los sistemas biológicos

2. Propósito de la práctica

Demostrar experimentalmente la Primera Ley de la Termodinámica (Ley de la Conservación de la Energía) mediante la transferencia de energía calorífica con ayuda de un calorímetro entre dos muestras de agua que se encuentran a diferente temperatura.

3. Introducción

La Física estudia la relación entre materia, energía, espacio y tiempo mientras que la Química estudia los cambios que experimenta la materia. La Fisicoquímica, por lo tanto, estudia los cambios de la materia empleando conceptos de la Física y de la Química, especialmente aquellos cambios que involucran cambios de energía.

Energía es la capacidad para realizar un trabajo o para transferir calor. Si la energía causa el movimiento de un objeto con masa en contra de una fuerza se le denomina Trabajo y si la energía causa un aumento en la temperatura del objeto se le denomina Calor.

Termodinámica es la parte de la Física que estudia la energía y sus transformaciones y para ello define que un Sistema es una parte limitada del Universo y Entorno es todo lo que rodea al sistema

La Primera Ley de la Termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye. Por lo tanto, la energía total del universo es una constante; si un Sistema pierde energía, esta debe ser ganada por su Entorno, y viceversa.

En resumen, la Primera Ley de la Termodinámica o Ley de la Conservación de la Energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra, por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía calorífica al pasar por un conductor metálico que está sumergido en un recipiente con agua, manifestándose como un aumento de temperatura de la misma.

Los procesos físicos o químicos en solución acuosa en los que hay un intercambio de Calor entre Sistema y Entorno se pueden estudiar con la ayuda de un calorímetro.

Existen calorímetros para estudiar procesos a presión constante (tipo vaso de café) o a volumen constante (bombas calorimétricas). En esta práctica se mostrará el funcionamiento de un calorímetro a presión constante.

4. Aspectos de seguridad para esta práctica

• Usar bata de laboratorio

5. Material para el desarrollo de la práctica

Material de Laboratorio                         Substancias:

1 Calorímetro tipo vaso de café                50 mL de agua fría (4-5 °C)

1 Termómetro                                 50 mL de agua caliente (70-75 °C)

1 Vaso de vidrio de 100 mL

1 Probeta de 100 mL

1Tripie de laboratorio

1 Tela de asbesto

1 Mechero

6. Procedimiento para el desarrollo de la práctica

1. Arme el calorímetro eléctrico de acuerdo con la Figura 1 y a las indicaciones del(a) profesor(a). Los componentes individuales del calorímetro se muestran en la Figura 2.
2. Pese el vaso de aluminio del calorímetro y anote el peso en la tabla 1 de la sección 8 (Presentación de Resultados).
3. Vierta en el vaso del calorímetro 50 mL de agua almacenada previamente en el refrigerador, la cual debe tener una temperatura de entre 4-5 °C.
4. Pese el vaso del calorímetro con agua y anote el peso en la tabla 1 de la sección 8 (Presentación de Resultados).
5. Mida la temperatura del agua y regístrela como temperatura inicial (Ti) del sistema en la tabla 1 de la sección 8 (Presentación de Resultados).
6. Introduzca el vaso de aluminio con el agua fría dentro del calorímetro.
7. Pese el vaso de vidrio de 100 mL y anote el peso en la tabla 1 de la sección 8 (Presentación de Resultados).
8. Vierta en el vaso de vidrio 50 mL de agua destilada a temperatura ambiente.
9. Pese el vaso de vidrio con agua y anote el peso en la tabla 1 de la sección 8 (Presentación de Resultados).
10. Mida la temperatura del agua y regístrela como temperatura inicial (Ti) del entorno en la tabla 1 de la sección 8 (Presentación de Resultados).
11. Coloque el vaso de vidrio sobre un tripie provisto de una tela de asbesto y con ayuda de un mechero caliente hasta que el agua alcance 70 °C.
12. Apague el mechero y registre esta temperatura como temperatura final (Tf) del entorno en la tabla 1 de la sección 8 (Presentación de Resultados).
13. Vierta inmediatamente el agua caliente del vaso de vidrio dentro el vaso de aluminio con el agua fría dentro del calorímetro.
14. Ponga la cubierta del calorímetro y espere durante 2 minutos.
15. Abra la cubierta del calorímetro y mida la temperatura resultante de la mezcla de agua fría y de agua caliente. Regístrela como temperatura final del sistema (Tf) en la tabla 1 de la sección 8 (Presentación de Resultados).
16. Desarme el equipo y séquelo.
17. El agua del calorímetro se puede desechar en la tarja del laboratorio.

[pic 2][pic 3]

[pic 4][pic 5]

Cálculos:

En el equipo utilizado en la práctica se establece el siguiente balance de acuerdo a la Primera Ley de la Termodinámica:

Q1 = Q2 (Ec. 1)

Dónde:

Q1 = Energía suministrada por el entorno (agua caliente a 70 °C)

Q2 = Energía absorbida por el sistema (agua fría a 4-5 °C).

La energía en Joules suministrada al calorímetro por el entorno se establece mediante la ecuación 2.

Q1 = m*CsH2O* ΔT (Ec. 2)

Dónde:

m = masa del agua caliente en el vaso de vidrio (g).

CsH2O = calor específico del agua (4.18 J/g*ºC).

ΔT = diferencia de temperatura (Tf - Ti)entorno.

La energía en Joules absorbida por el sistema se establece mediante la ecuación 3 que relaciona la capacidad calorífica del agua con el cambio de temperatura.

Q2 = m*CsH2O* ΔT (Ec. 3)

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