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CAPACIDAD CALORIFICA DE DISOLUCIONES - Capacidades Caloríficas de sólidos y líquidos



CAPACIDAD CALORIFICA DE DISOLUCIONES

RESUMEN
En la practica de laboratorio analizamos la capacidad calorífica de disoluciones sólido – líquido y líquido – líquido.
La capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma menos formal es la energía necesaria para aumentar una unidad de temperatura (SI: 1 K) de una determinada sustancia, (usando el SI).1 Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular.


PALABRAS CLAVE:
Calorímetro, capacidad calorífica, presión, volumen, temperatura.
ABSTRACT
In the lab analyze the heat capacity of solid solutions - liquid and liquid - liquid.
The heat capacity of a body is the ratio of the amount of heat energy transferred to a body or system to any process and the temperature change experienced. In a less formal is the energy required to raise a unit of temperature (SI: 1 K) of a substance, (using the SI) 1 indicates the degree of difficulty of said body to experience changes in temperature under the heat supply. Can be interpreted as a measure ofthermal inertia. Is an extensive property, because its magnitude depends not only of the substance, but also the amount of material or system of the body, hence, is characteristic of a particular system or body.
INTRODUCCION
La capacidad calorífica es la cantidad de calor que permite variar, en un grado, la temperatura de un cuerpo. La capacidad calórica de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Se conoce sobre la capacidad calorífica de soluciones acuosas, de diferentes solutos a diferentes concentraciones, en forma de graficos y tablas. Las capacidades caloríficas de soluciones no son aditivas, lo que si ocurre con las mezclas de gases y sólidos, pero en ausencia de información puede considerarse que sin son soluciones. La capacidad calorífica de soluciones aumenta con la temperatura, existiendo ecuaciones que describen este comportamiento.1


Se tiene:

Y por lo tanto se tiene:

Capacidades Caloríficas de sólidos y líquidos:
Para preparar una disolución de concentración conocida, tendremos que determinar la cantidad de soluto que debe contener una cierta cantidad de disolvente, de forma que, dependiendo de las unidades que expresemos la cantidad de soluto y de disolvente o disolución, nos encontraremos con diferentes unidades de concentración.2
Llamamos capacidad calorífica de un sólido al calor necesario para elevar en un grado la
temperatura de unadeterminada cantidad de material (se mide en Joule/ºC o J/K).
Es frecuente utilizar la capacidad calorífica molar (J/ºC mol o J/ K mol), en la que la cantidad de materia considerada es un mol, mientras que en la definición de calor específico se suprime la dependencia con la masa total involucrada (J/ ºC kg o J/ K kg).
La capacidad calorífica de cada material depende de la existencia en dicho material de mecanismos de acumulación de energía, a través de la excitación de vibraciones de los atomos o de la excitación de electrones a los niveles superiores de energía. En la mayor parte de los sólidos (con excepción de los metales a muy baja temperatura) la capacidad calorífica esta determinada esencialmente por la energía que puede acumular el sólido en forma de vibraciones de los atomos que lo componen, en torno a sus posiciones de equilibrio.

Capacidades Caloríficas De Líquidos
Las capacidades caloríficas de líquidos, a presión constante y a volumen constante, son esencialmente iguales y dependen fundamentalmente de la temperatura.
En general, cp de un líquido es mas alto el cp del sólido correspondiente. Solo unos cuantos líquidos, como el amoniaco, tienen una capacidad calorífica mayor que el agua. La capacidad calorífica de líquidos se presenta, en la mayoría de los casos, en base masa y la forma de presentar la información se efectúa mediante tablas, nomogramas y ecuaciones. 3

1 OBJETIVOS

Objetivo general
Analizar la capacidad calorífica de disoluciones sólido –líquido y líquido – líquido.


Objetivos específicos
Determinar la capacidad calorífica de disoluciones sólido – líquido, con soluto no volatil, iónico y no iónico, respectivamente.
Determinar la capacidad calorífica de disoluciones líquido – líquido con soluto volatil
Establecer la dependencia de la capacidad calorífica de la concentración de soluto de la disolución.


2. MATERIALES Y MÉTODOS
Aparatos, materiales y sustancias
Aparatos y materiales:
Calorímetro
Balanza
Balones de aforo de 250 ml
Luna de reloj
Espatula
Pinza para vasos
Vaso de precipitados de 400 ml
Varilla de agitación
Piseta
pipeta de 5, 10 y 25 ml
Pera de succión
Manta de calentamiento
Termómetro de -10 a 150°C y -10 a 50°C
Sustancias:
Sacarosa
Glucosa
Fructuosa
Maltosa
Cloruro de sodio
Etanol
Agua destilada
3. PROCEDIMIENTO
Cada grupo de trabajo realizara la experiencia con una disolución sólido – líquido o líquido – líquido, conforme disponga el profesor.


a Disolución sólido - líquido
Se experimentara con disoluciones de la siguiente concentración: 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, 15 y 17.5 g de soluto /100 ml de disolución, respectivamente.

Para ello proceda de la siguiente manera
1 Encienda la balanza.
2 Ubique una luna de reloj en el plato de la balanza y encere.
3 Con una espatula pase el soluto del recipiente a la luna de reloj y pese, la cantidad de masa de soluto requerida.
4 Pase el soluto a un vaso de precipitados, agregue agua al vaso lavando la luna de reloj. Agitecon la varilla de vidrio hasta completa disolución del soluto.


5 Transfiera la disolución al balón de aforo ayudado con la varilla de vidrio, complete el volumen hasta la señal de enrace con agua contenida en una piseta.


b Disoluciones líquido – líquido
Se experimentara con disoluciones de la siguiente concentración: 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, 15 y 17.5 ml de etanol /100 ml disolución, respectivamente.

Para ello observe los siguientes pasos
1 Mida con una pipeta el volumen de alcohol y transfiera al balón de aforo de 250 ml.
2 Afore con agua destilada hasta la señal de enrace del balón, mida el volumen del agua.

c Calentamiento de la disolución
Con cada disolución realice lo siguiente:
1 Transfiera al vaso de precipitados aproximadamente la mitad del volumen de una disolución.
2 Coloque el vaso con la disolución en la manta de calentamiento.
3 Encienda la manta de calentamiento
4
Caliente la disolución hasta una temperatura de alrededor de 40°C. Esta temperatura debe medirse al momento de transferirla al vaso del calorímetro que contiene la misma disolución a temperatura ambiente.

d Peso del calorímetro
Extraiga del calorímetro el vaso y agitador y pese.

e Mezcla calorimétrica
1 Transfiera la disolución del balón al vaso del calorímetro con agitador (cuide no superar mas de la mitad de la capacidad del vaso) y pese. Por diferencia de pesos determine la masa de disolución fría empleada.
2 Coloque el vaso con la disolución y agitador en el frasco Dewar, tapey mida la temperatura de la disolución cuando se estabilice.
3 Destape el calorímetro y con ayuda de la pinza para vasos transfiera la solución caliente al vaso del calorímetro (cuide no sobrepasar las 3/4 de la capacidad del vaso) y tape.
4 Agite lentamente y registre la temperatura una vez alcanzado el equilibrio.
5 Extraiga del calorímetro el vaso con la disolución y el agitar y pese. Por diferencia determine la masa de solución caliente utilizada.

Repita los pasos a, b, c, d y e del procedimiento con cada una de las restantes concentraciones de la disolución.

f Registro de datos
En una tabla apropiada registre cada uno de las mediciones realizadas.
TABLAS DE RESULTADOS: FRUCTOSA
Medición
Concentración
mfría
Tfría
mcaliente
Tcaliente
Tequilibrio
1
0ml
170,71g
24,4°C
246,24g
40°C
29,5°C
2
6,25 ml
170,63g
24,3°C
243,26g
40°C
29,8°C
3
12,5ml
159,32g
24,3°C
244,33g
40°C
30,8°C
4
18,75ml
171,32g
24,1°C
244,26
40°C
30°C
5
25ml
176,19g
24°C
250,95g
40°C
29,6°C
6
31,25 ml
177,65g
23,9°C
250,21g
40°C
29,4°C
7
37,5ml
189,13g
23,8°C
250,50g
40°C
29,8°C
8
43,75ml
181.86g
24,3°C
249,78g
40°C
31,2°C
= Es la masa de la solución fría
Es la masa de la solución caliente
Es la temperatura de la solución caliente
Es la temperatura de equilibrio de la mezcla de solución fría y caliente
Concentración
Cp
0ml
0,021cal/g°C
6,25 ml
0,019 cal/g°C
12,5ml
0,025cal/g°C
18,75ml
0,022 cal/g°C
25ml
0,020 cal/g°C31,25 ml
0,019 cal/g°C
37,5ml
0,022 cal/g°C
43,75ml
0,028 cal/g°C



RESULTADOS DEL ETANOL:
Medición
Concentración
mfría
Tfría
mcaliente
Tcaliente
Tequilibrio
1
0ml
152,35g
26,2°C
256,93g
40°C
32,4°C
2
6,25 ml
161,5g
26,1 °C
253g
40 °C
31,5°C
3
12,5ml
135,16g
26,2 °C
243,55g
40 °C
32,9°C
4
18,75ml
129,58g
26,1°C
225,26g
40 °C
33,6 °C
5
25ml
143,71g
26,4°C
231,29g
40 °C
32,4 °C
6
31,25 ml
146,67g
26,6°C
244,98g
40 °C
33,1°C
7
37,5ml
144,49g
25,9°C
237,81g
40°C
33,7°C
8
43,75ml
148,81g
26,2°C
247,74g
40°C
32,4°C

mfría = es la masa de la solución fría
mcaliente = Es la masa de la solución caliente
Tfría = Es la temperatura de la solución fría
Tcaliente = Es la temperatura de la solución caliente
Tequilibrio = Es la temperatura de equilibrio de la mezcla de solución fría y caliente





CONCENTRACION
Cp
0ml
0,025 cal/g°C
6,25 ml
0,022 cal/g°C
12,5ml
0,029 cal/g°C
18,75ml
0,037 cal/g°C
25ml
0,028 cal/g°C
31,25 ml
0,030 cal/g°C
37,5ml
0,037 cal/g°C
43,75ml
0,026 cal/g°C



RESULTADOS DE CLORURO DE SODIO:
Medición
Concentración
mfría
Tfría
Tcaliente
mcaliente
Tequilibrio
1
6,25 ml
153,69g
25,1°C
40°C
250,9g
32,1°C
2
12,5ml
154,17g
26,1°C
40°C
253,37g
32,12°C
3
18,75ml
155,36g
28,4°C
38,5°C
254,88g
32,4°C
4
25ml
149,07g
25,7°C
40°C
252,64g
33,3°C
5
31,25 ml
180,32g
25,7°C
40°C
266,98g
30,8°C
6
37,5ml
153,77g
25,1°C
39°C
248,29g31,8°C
7
17,5 ml
158,35g
25°C
41°C
279,38g
32°C

= Es la masa de la solución fría
Es la masa de la solución caliente
Es la temperatura de la solución caliente
Es la temperatura de equilibrio de la mezcla de solución fría y caliente












4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
De acuerdo con la información y datos recopilados en el desarrollo de la practica, se analizó la capacidad calorífica de disoluciones sólido – líquido y líquido – líquido. Con la capacidad calorífica podemos calcular la cantidad de calor que varía, en un grado, la temperatura de un cuerpo. Se debe determinar la cantidad de soluto que ira en cierta cantidad de disolvente así nos encontraremos con diferentes unidades de concentración.
Por tanto las variaciones de concentraciones en los diferentes solutos y soluciones seran las siguientes
Cloruro de sodio. Cada que la concentración variaba de menor a mayor cantidad, la capacidad calorífica iba disminuyendo, excepto en la segunda concentración ya que la capacidad calorífica aumento considerablemente.
Etanol. Al igual que el cloruro de sodio la capacidad calorífica iba disminuyendo conforme la concentración aumentaba, en cierto punto la capacidad aumento, pero luego la misma se normalizo y continuó disminuyendo.
Sacarosa. En este caso la capacidad calorífica va disminuyendo conforme aumenta la concentración, pero en un cierto punto la capacidad aumenta considerablemente, luego al igual que el cloruro de sodio esta se normaliza.




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