INFORME DE CALORIMETRIA

PRACTICA DE LABORATORIO DE CALORIMETRÍA

INTRODUCCIÓN

La calorimetría se encarga de medir el calor en un instrumento llamado calorímetro, que es conocido comúnmente como “termo”, este es considerado teóricamente como uno de los únicos sistemas aislado que existen, ya que no intercambia ni masa ni energía con el medio que lo rodea, ayudándonos de esta característica podemos determinar el calor especifico de diferentes sustancias, siendo éste la cantidad de calor que se necesita para elevar una cierta masa de una sustancia en un grado centígrado, en el siguiente informe haremos uso de esta característica para determinar el calor especifico de un metal, para luego compararlo con valores dados en tablas e intentar averiguar de qué metal se trata.

OBJETIVOS

Determinar el equivalente de agua V de un calorímetro.

Determinar el calor específico Cx un metal problema.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Calorimetría

La calorimetría es la ciencia de medir el calor de las reacciones químicas o de los cambios físicos. El instrumento utilizado en calorimetría se denomina calorímetro. La palabra riva del latino "calor". El científico escocés Joseph Black fue el primero en reconocer la distinción entre calor y temperatura, por esto se lo considera el fundador de calorimetría.

Fue mediante calorimetría que Joule calculó el equivalente mecánico del calor demostrando con sus experiencias que 4.18 J de cualquier tipo de energía equivalen a 1 caloría.

La calorimetría indirecta calcula el calor que producen los organismos vivos mediante su producción de dióxido de carbono y de los residuos de nitrógeno (frecuentemente amoníaco en organismos acuáticos o, también, urea en los terrestres). Antoni de Lavoisier indicó en 1780 que la producción de calor puede ser calculada por el consumo de oxígeno de los animales. Naturalmente, el calor generado por los organismos vivos también puede ser medido por calorimetría directa, en la cual el organismo entero es colocado en el interior del calorímetro para hacer las mediciones.

Experimento de Joule

La experiencia de Joule pone de manifiesto la equivalencia entre dos formas de energía: la mecánica y la calorífica. Hasta este experimento, el calor se medía en calorías (cal). Una caloría es el calor que precisa intercambiar un gramo de agua para que su temperatura cambie un grado.

La energía mecánica se mide en julios (J). Un julio es la energía que se obtiene cuando una fuerza de un newton kilogramo produce un desplazamiento de un metro. Joule pone de manifiesto como la energía mecánica puede producir energía calorífica y lo hace siempre en la misma proporción.

Esta equivalencia de energías se llama equivalente mecánico del calor.

1 cal = 4,18 J

1 J = 0,24 cal

Joule realizó su experimento utilizando una masa de agua ma a una temperatura inicial T0, cuyo calor específico es 1 cal/ºC g, se calienta hasta una temperatura final Tf cuando unas paletas agitan el baño. El calor necesario Q es:

Q = ma Ce (Tf– T0) cal

Para mover esta paleta se aprovecha la energía mecánica de una masa mp, que cae desde una altura h, mediante un hilo que acciona del movimiento de giro. La energía mecánica implicada es energía potencial Ep que se libera es:

Ep = mpgh J

Joule demuestra mediante esta experimentación que entre ambas formas de energía existe una relación constante: el equivalente mecánico del calor:

Q / Ep= equivalente mecánico del calor

Calorímetros

El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto. El calor latente, que no está relacionado con un cambio de temperatura, es la energía térmica desprendida o absorbida por una sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de líquido a sólido o viceversa. Cuando la fuente de calor es una reacción química, como sucede al quemar un combustible, las sustancias reactivas se colocan en un envase de acero pesado llamado bomba. Esta bomba se introduce en el calorímetro y la reacción se provoca por ignición, con ayuda de una chispa eléctrica.

Un calorímetro es un recipiente con dos cámaras. La primera cámara tiene la reacción que se quiere medir. La segunda cámara tiene un volumen medido de agua. Estas dos cámaras están separadas por una pared de metal que conduce el calor de la reacción con el agua sin dejar que se mezclen. Ambos están aislados por lo que el calor se queda dentro del calorímetro tanto como sea posible. Un termómetro mide la temperatura del agua. El termómetro es sellado alrededor del calorímetro para evitar que el calor y el agua se escapen.

Tipos de calorímetros de acuerdo al método de medición

Calorímetro adiabático

Los calorímetros adiabáticos, se construyen de tal forma que no permiten intercambio de calor entre la celda y los alrededores, por lo tanto se emplean materiales aislantes para mantener aislado el sistema y relacionar el calor generado con la diferencia de temperatura que produce. Existen tres formas para alcanzar este objetivo:

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