DISEÑO, ELABORACIÓN Y CALIBRACIÓN DE UN CALORÍMETRO

Calibracion de                                                

                                        UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

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                                     FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA

                                                                CAMPUS II

                                         QUÍMICA FARMACÉUTICO BIOLÓGICA

                                                              SEMESTRE 2

                                         LABORATORIO DE CIENCIA BÁSICA II

                                       SANCHEZ MORALES JORGE LEONARDO

                                 DISEÑO, ELABORACIÓN Y CALIBRACIÓN DE

                            UN CALORÍMETRO                                                                                                                                            

                                                                 EQUIPO 2

                                                              GRUPO 1255

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Introducción

La termodinámica es el estudio de los cambios de energía que ocurren dentro de un sistema durante un proceso pasando de un estado de equilibrio inicial a un estado de equilibrio final. La termodinámica elige una parte del universo la cual estudia denominada sistema, y el resto del universo es entorno. Son separados por una pared que funciona como frontera entre el sistema y el entorno.

Las funciones de estado son características de un sistema, se calculan matemáticamente y sus valores dependen de los estados iniciales y finales, no de la trayectoria. Estas son el cambio de energía interna que es el cambio la suma de la energía potencial y la energía cinética de las moléculas, el cambio de entalpía que es el cambio en el calor que absorbe o libera un sistema sometido a presión constante en una reacción (endotérmica o exotérmica), el cambio de entropía que mide el desorden molecular (si es espontánea el signo es positivo), el cambio de la energía libre de Gibbs permite predecir la espontaneidad de una reacción a temperatura y presión constante (si es espontánea el signo es negativo)  y por último el cambio en la energía libre de Helmholts que es una medida de la energía para crear un sistema, una vez que ya se ha efectuado la transferencia espontánea de energía del medio ambiente.

Existen reacciones endotérmicas  cuando la reacción química absorbe energía procedente del entorno. La energía potencial es menor en los reactantes que en los productos. Este tipo de reacción es no espontánea, el cambio de energía interna es mayor que cero (positiva) y la temperatura disminuye. Y reacciones exotérmicas cuando la reacción química libera energía en forma de calor procedente del sistema. La energía potencial es mayor en los reactantes que en los productos. Este tipo de reacción es espontánea, el cambio de energía interna es menor que cero (negativa) y la temperatura aumenta. Las variaciones calóricas se representan en calorías, kilojoules y Joules.

La calorimetría se encarga de la medición de los cambios de calor y las constantes térmicas.

Es la transformación de energía química a energía térmica. El calor específico es la cantidad de calor que requiere un gramo de una sustancia para elevar su temperatura un grado Celsius, y se denota con la letra s, y es una propiedad intensiva. A diferencia de la a capacidad calorífica que  es la cantidad de calor requerido para elevar la temperatura de cierta cantidad de sustancia en un grado Celsius, y es una propiedad extensiva.

El calorímetro es un dispositivo que se utiliza para medir el cambio de temperatura de una cantidad de sustancia  de calor específico conocido. Este cambio de temperatura se debe al calor absorbido o desprendido en la reacción.

• La cantidad de calor que se desprende puede calcularse a partir del aumento de la temperatura del calorímetro y de la disolución acuosa: Cantidad de calor que se desprende en la reacción= cantidad de calor que absorbe el calorímetro + cantidad de calor que absorbe la disolución.
• La cantidad de calor que absorbe el calorímetro se denomina capacidad calorífica del calorímetro. Se determina suministrando una cantidad conocida de calor al calorímetro con una determinada masa de agua. Luego, se mide el aumento de temperatura del calorímetro y de la disolución que contiene.

Con estos datos, y el uso del calor específico del agua (4.18 J/g.ºC) se determina la constante del calorímetro.

El tipo de calorímetro que se usa en esta práctica es el  calorímetro estático ya que opera de un estado de equilibrio definido en el estado inicial y final a temperatura constante. La condición de temperatura de la camisa exterior constante permite asegurar una velocidad uniforme de pérdida de calor y en este sentido la determinación del cambio de temperatura se podrá realizar a partir de la extrapolación de las lecturas de temperatura antes del proceso y después de él. Se vuelve a alcanzar el régimen de modificación de la temperatura debido a la agitación y las pérdidas de transmisión de calor (que son puntos importantes que se deben controlar).

La determinación de la constante puede definirse como el calor implicado al efectuar una elevación de 1°C. Esta constante varía con los diferentes valores de volumen que se tomen. Para hacer la calibración es necesario proporcionar al colorímetro una cantidad conocida de calor y volumen. Existen diferentes tipos de métodos pero los que veremos en esta práctica son el método de mezcla de agua  y el método de adición de ácido, y así podremos comparar cuál de los dos es más confiable.

Objetivo general

• Diseñar un calorímetro de taza de café a presión constante
• Obtener la constante calorimétrica usando el método de mezcla de agua y el método de adición de ácido
• Verificar cuál de los dos métodos es el más confiable

Objetivo particular

• Aprender a determinar la temperatura corregida en los dos métodos empleados
• Determinar por medio del calorímetro la liberación de calor que se lleva a cabo en el sistema debido a la adición del ácido

Hipótesis

• Si las reacciones exotérmicas liberan calor y el calorímetro se encarga de medir este, entonces el calorímetro que se elaborara tendrá características determinadas para poder retener el calor por lo que podrá medir la energía de en tránsito de la reacción introducida en él.
•  Si calculamos la constante del calorímetro por los métodos de mezcla de agua y adición de ácido, entonces podremos comparar y deducir cuál es el método más confiable.

Diseño y elaboración de un calorímetro

La elaboración iniciara determinando los materiales calorímetro, por las siguientes razones:

• Recipiente de vidrio: ya que este no reacciona con los ácidos y así no podrá alterar la reacción.
• Cinta de aislar: nos servirá para mantener conservar el calor.
• Papel aluminio: se colocara con la parte brillante hacia dentro ya que esta parte del papel sirve para mantener el calor.
• Aserrín:  funciona en el calorímetro para conservar el calor.
• Vaso de unicel con tapa: es un aislante térmico .

Iniciamos con el diseño del calorímetro por lo que se utilizara un cautin para poder perforar la tapa de nuestro recipiente de vidrio y así poder introducir el termómetro y el agitador.

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Teniendo esto se procedera a pesar el recipiente en una báscula para poder determinar los volúmenes necesarios para calcular  las constantes calorimétricas.

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Se procederá a ponerle una capa de cinta de aislar y se cubrirá con aluminio

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Se llenará el vaso de unicel con acerrin teniendo eso se introducirá el recipiente de vidrio con las capas antes hechas.

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El resultado final será un calorímetro estático ya que se tendrá un estado de equilibrio inicial y final a una temperatura constante contará con características adiabáticas por que no tendrá un intercambio de calor entre las capas con el calorímetro y por lo tanto su temperatura casi es constante.

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