Calor De Combustion

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química

Laboratorio de Termodinámica

Práctica # 9

Calor de combustión

IQ Cerrilla Sosa Verónica

Grupo 37

Fecha de entrega: 06-Mayo-2015

Practica 9. Calor de combustión

Objetivo:

Determinar el calor de combustión de un sólido a partir de la información obtenida al usar la bomba calorimétrica.

Hipótesis:

Tomando en cuenta la definición de termoquímica durante la práctica se espera que al llevar a cabo la reacción de combustión la temperatura de nuestro sistema aumente, siendo nuestro sistema la bomba calorimétrica, y esta, debido a la ley cero de termodinámica, hará que la temperatura del agua dentro de la cubeta igual aumente.

Introducción al tema:

Un cuerpo de masa (m) puede variar su temperatura inicial mediante un fenómeno térmico si absorbe o cede cierta cantidad de calor (Q). Al considerar que la energía no puede ser creada ni destruida de acuerdo con la ley de conservación de la energía, entonces la energía absorbida (o cedida) por un cuerpo debe, en principio, ser cedida (o absorbida) por otro cuerpo. En estos procesos de emisión y absorción de energía desempeña un papel muy importante el proceso de combustión, ya que en un número considerable de fenómenos térmicos se logra el desprendimiento de energía de los cuerpos, mediante su combustión.

Durante la combustión de los cuerpos, el desprendimiento de calor se realiza de forma diferente de acuerdo con las características físicas y químicas del cuerpo en cuestión. Una magnitud que permite caracterizar cuantitativamente el desprendimiento de calor de los cuerpos durante la combustión, es el denominado calor específico de combustión, que se representa con la letra l.

Se define el calor específico de combustión (l) como la cantidad de calor (Q) que cede la unidad de masa del cuerpo al quemarse totalmente. El calor específico de combustión (l) se expresa en unidades de energía (J) por unidades de masa (kg) y depende del tipo de combustible. Iguales masas de combustibles diferentes, desprenden diferentes cantidades de calor (Q) al quemarse totalmente. De otro modo, masas diferentes del mismo combustible desprenden, también, diferentes cantidades de calor (Q). La cantidad de calor (Q) desprendida por cierta masa (m) de combustible, al quemarse totalmente, puede ser calculada mediante la fórmula: Q = l m.

El calor específico de combustión generalmente se relaciona con los materiales considerados como combustibles tradicionales (petróleo, carbón, alcohol, leña, etc.), pero también puede ser asociado con los combustibles alternativos; por lo que es importante conocer las potencialidades combustibles de diferentes materiales que no se emplean con frecuencia en la combustión, mediante el conocimiento de sus calores específicos de combustión.

Material y reactivos:

•Un calorímetro de volumen constante (Bomba Parr) con accesorios

•Una unidad de ignición

•Una probeta de 1000 mL

•Una pipeta volumétrica de 1 mL

•Un vaso de precipitados de 250 mL

•Un cronómetro

•Una broca de 1.5 mm

•Dos vidrios de reloj

•Una espátula

•Oxígeno

•10 cm de alambre de ignición Ni-Cr

•1.5 g de ácido benzoico

•Agua destilada

Toxicidad:

-Ácido benzoico:

Efectos para la salud:

Inhalación: Irritación del tracto respiratorio, nariz y garganta. Puede ser perjudicial. Ingestión: Náuseas y trastornos gastroentéricos.

Piel: Posible reacción alérgica

Ojos: Irritación

Efectos Crónicos: Puede causar sensibilización y alergias de la piel.

Primeros auxilios:

Inhalación: Trasladar al aire fresco. Si no respira administrar respiración artificial. Si respira con dificultad suministrar oxígeno. Mantener la víctima abrigada y en reposo. Buscar atención médica inmediatamente

Ingestión: Lavar la boca con agua. Si está consciente suministrar abundante agua. No inducir el vómito, si se presenta administrar más líquidos. Mantener la víctima abrigada y en reposo. Buscar atención médica inmediatamente

Piel: Retirar la ropa y calzado contaminados. Lavar la zona afectada con abundante agua y jabón, mínimo durante 15 minutos. Si la irritación persiste repetir el lavado. Buscar atención médica inmediatamente

Ojos: Lavar con abundante agua, mínimo durante 15 minutos. Levantar y separar los párpados para asegurar la remoción del químico. Si la irritación persiste repetir el lavado. Buscar atención médica

Manipulación: Usar siempre protección personal así sea corta la exposición o la actividad que realice con la sustancia. Mantener estrictas normas de higiene, no fumar ni comer en el sitio de trabajo, usar las menores cantidades posibles. Conocer en dónde está el equipo para la atención de emergencias. Leer las instrucciones de la etiqueta antes de usar. rotular los recipientes adecuadamente

Condiciones de eliminación y/o disposición:

Puede ser quemado en un incinerador, si es líquido debe estar mezclado con un solvente inflamable y si es sólido se debe empacar en papel o plástico.

Aplicación de lenguaje termodinámico:

El sistema en este caso consta de tres fases, los que son la masa de la pastilla y/o alimento, oxígeno y alambre de ignición contenidos dentro de la bomba calorífica. Es un sistema cerrado ya que no permite la transferencia de materia solo el intercambio de energía con los alrededores. La pared es el metal del que está hecha la bomba calorífica; es una pared impermeable, diatérmica y rígida. El alrededor de nuestro sistema es el agua contenida dentro de una cubeta que se encuentra alrededor de la bomba calorífica con la cual interactúa principalmente nuestro sistema. Las variables a estudiar en este caso son la temperatura que se espera aumentará, la presión y el volumen que se mantendrá constante, también como lo dice la práctica lo principal que se va a estudiar será el calor desprendido durante la combustión de nuestro sistema.

Cuestionario Previo:

1. ¿Qué estudia la termoquímica?

Es la parte de la química que trata la relación entre el calor con las reacciones químicas pero generalmente la termoquímica es la aplicación de la termodinámica a la química.

2. Definir calor de combustión, combustible y comburente

CALOR DE COMBUSTION: es la razón entre la cantidad de calor (Q) que suministrada por determinada masa (m) de un combustible al ser quemada, y la masa considerada.

COMBURENTE: la sustancia que participa en la combustión oxidando al combustible (y por lo tanto siendo reducido por este último). El comburente por antonomasia es el oxígeno atmosférico, que se encuentra normalmente en el aire con una concentración porcentual en volumen aproximada del 21%. Todos los comburentes tienen en su composición oxígeno disponible, ya sea en forma de oxígeno molecular, como se ha dicho, o bien como ozono, o diversos óxidos u oxácidos que ceden el oxígeno al momento de la combustión. Para que se produzca la combustión es necesaria la presencia de una proporción mínima de oxígeno, que por regla general va de un 15% hasta en casos extremos de un 5%. En situaciones donde no existe oxígeno atmosférico, o en donde se desea una combustión fuerte y muy energética, se puede usar oxígeno gaseoso o líquido, como es en el caso de los cohetes usados en los transbordadores espaciales, o bien diversos tipos de comburentes compuestos. Por ejemplo en la combustión de la pólvora dentro de un cartucho, el oxígeno es aportado por una sal de un oxácido, tal como el nitrato de potasio, o el clorato potasio. Y al entrar en contacto con otros originan una reacción fuertemente exotérmica (con gran desprendimiento de calor).

COMBUSTIBLE: es cualquier material capaz de liberar energía cuando se quema, y luego cambiar o transformar su estructura química. Supone la liberación de una energía de su forma potencial a una forma utilizable (por ser una energía química). En general se trata de sustancias susceptibles de quemarse, pero hay excepciones que se explican a continuación. Hay varios tipos de combustibles. Entre los combustibles sólidos se incluyen el carbón, la madera y la turba. El carbón se quema en calderas para calentar agua que puede vaporizarse para mover máquinas a vapor o directamente para producir calor utilizable en usos térmicos (calefacción). La turba y la madera se utilizan principalmente para la calefacción doméstica e industrial, aunque la turba se ha utilizado para la generación de energía y las locomotoras que utilizaban madera como combustible eran comunes en el pasado.

3. ¿Qué es una reacción exotérmica y una endotérmica?

Reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprende calor, es decir con una variación negativa de entalpía. Se da principalmente en las reacciones de oxidación. Cuando ésta es intensa puede dar lugar al fuego. Cuando reaccionan entre sí dos átomos de hidrógeno para formar una molécula, el proceso es exotérmico.

Reacción endotérmica a cualquier reacción química que absorbe calor. Si hablamos de entalpía (H), una reacción endotérmica es aquella que tiene un incremento de entalpía o ΔH positivo, es decir, aquella reacción en donde la entalpía de

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