CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UN CALORÍMETRO A PRESIÓN CONSTANTE

  UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO[pic 1][pic 2]

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA

QUÍMICA FARMACÉUTICO BIOLÓGICA

LABORATORIO DE CIENCIA BÁSICA II

CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UN CALORÍMETRO A PRESIÓN CONSTANTE^[a]

Resumen

Se elaboraron dos calorímetros a presión constante con materiales aislantes de fácil acceso: algodón, cinta de aislar y vasos de poliestireno. En su construcción, se realizaron los ajustes respectivos para cada calorímetro hasta que obtuvieron un buen funcionamiento en el sistema. Se calibraron por el método de mezclas obteniéndose precisión en sus mediciones, siendo sus capacidades caloríficas  una constante particular de cada calorímetro: 6.1118 ± 0.7518 cal/°C y 8.0462 ± 3.2998 cal/°C, respectivamente.

Marco teórico

Los cambios físicos y químicos vienen acompañados de cambios en la energía, la calorimetría es la encargada de la medición de dichos cambios energéticos mediante un instrumento denominado calorímetro. Además, utiliza el principio de la conservación de la energía el cual indica que si fluye calor entre dos cuerpos aislados, el calor perdido por un cuerpo debe ser igual al ganado por el otro, esto significa que la suma de los calores intercambiados es cero.¹⁻²

Un calorímetro es básicamente un matraz ligero aislado, su masa es tan ligera que puede pasar desapercibida. Así mismo, pueden clasificarse de acuerdo a la forma cómo se realiza la medida y al tipo de aislamiento que poseen en: calorímetros adiabáticos, isoperibólicos e isotérmicos, sin embargo, todos tienen los mismos componentes básicos, tales como el recipiente en donde se lleva a cabo el proceso, que consiste en un sistema de aislamiento mediante el cual se tratan de evitar las pérdidas de calor, también contienen un depósito de calor que puede absorber o proveer energía y un instrumento para medir la temperatura. ³⁻⁴

En el presente trabajo se pretende construir y calibrar un calorímetro a presión constante, el cual mide los cambios de calor en una gran cantidad de reacciones químicas, tales como: neutralizaciones ácido-base y calores de disolución y dilución. Debido a que en este sistema la presión es constante el cambio de calor involucrado en el proceso es igual a la entalpía.⁵

La calibración de un calorímetro consiste en la determinación de su capacidad calorífica, ésta última se refiere a la cantidad de calor necesaria para elevar 1°C la temperatura de cierta cantidad de sustancia.⁵

Para llevar a cabo la calibración del calorímetro se utilizará el método de mezclas, el cual consistirá en mezclar dos líquidos, uno a temperatura ambiente y otro a 50 °C en el interior del calorímetro, de tal modo que, el calor cedido por la sustancia caliente para disminuir su temperatura es igual al calor recibido por la sustancia fría para aumentar su temperatura.⁶        -Q cedido = Q ganado

Así, la cantidad de calor involucrada en un cambio de temperatura se puede calcular mediante la fórmula:⁵                           Q =CmΔT

Donde: m es la masa, ΔT es el cambio de temperatura y C es el calor específico. Éste último se define como la cantidad de calor necesaria para incrementar 1°C la temperatura de un gramo de sustancia. Por consiguiente se  obtiene:⁷
                                               -(m2C2(Teq-T2)) = m1C1(Teq-T1)

Donde: Teq es la temperatura de equilibrio, el subíndice 1 hace referencia al agua a temperatura ambiente  y el subíndice 2 al agua a 50 °C.

Sin embargo, hay un tercer elemento que influye en el intercambio de calor, siendo el propio calorímetro. Considerar al calorímetro como un elemento que cede o gana calor depende del procedimiento experimental puesto que si se introduce el agua a temperatura ambiente en primer lugar el calorímetro obtiene la temperatura del fluido frío, por lo tanto al introducir el agua caliente, tanto el calorímetro como el agua fría  ganan calor. Así, se obtiene: -(m2C2(T2-Teq)) = m1C1(Teq-T1) + mCCC(Teq-T1)

Finalmente, la calibración del calorímetro es una operación necesaria para poder determinar los cambios energéticos de un proceso o las capacidades caloríficas de los sistemas.

Planteamiento del problema

¿Cuál es la precisión de la capacidad calorífica del calorímetro construido?

Hipótesis
Si la construcción del calorímetro se lleva a cabo con el material y el procedimiento adecuado de modo que, el sistema tenga buen grado de aislamiento, la capacidad calorífica determinada tendrá precisión entre sus mediciones.

Variables

Independientes:

• Temperatura del agua “caliente” (50°C)
• Temperatura del agua “fría” (Temperatura ambiente)
• Volumen del agua “caliente”
• Volumen del agua “fría”
• Materiales aislantes

Dependientes:

• Temperatura de equilibrio

Extrañas o Intervinientes:

• Corrientes de aire

Objetivo

• Construir un calorímetro a presión constante y obtener su capacidad calorífica por el método de mezclas.
• Identificar cuál de los dos calorímetros construidos tiene un mayor precisión en sus mediciones.

Material, equipo, instrumentos y reactivos

Técnicas y procedimientos^[b]

Parte A. Construcción de un calorímetro.

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