calorífica y calor específico a
presión constante
A. Salinas Tavira, D. Hernández Juárez, E. Bautista Pichardo*, U. Miranda
Villatoro
Laboratorio 4. Facultad de Química Unidad El Cerrillo.
Campus Universitario El Cerrillo, UAEM. Cerrillo Piedras Blancas, C.P. 50200, Toluca, Estado de México,
México.
* Abstract.
During this session experimental measurements were carried out for the
calculation of various properties of ethanol calorific values
a€‹a€‹obtainedQprom=12.0065217 J and Cpprom=127.7083715 J/molK, comparing the
calculated average specific heat with that reported in the literature there is
a minimum error.
* Introducción.
Una de las propiedades físicas más utilizadas de una sustancia es la capacidad
calorífica a presión constante o simplemente Cp. Se utiliza en cálculos de:
Transferencia de Calor, Termodinámica, etc. El Cp es función solo de la
temperatura y se interpreta como la capacidad de una sustancia
de absorber calor.
El calor específico de una sustancia es la energía que se requiere para elevar
la temperatura de un gramo de una sustancia en un °C o
K. Tiene las unidades en J/gK. Por otro lado, la capacidad
calorífica (C) es la energía que se necesita para elevar la temperatura de una
cantidad dada de una sustancia en 1K. La capacidad calorífica estádada
por el producto del calor específico y la masa de la sustancia, en gramos, y se
mide en J/K. La capacidad calorífica se define como:
C=aˆ†Uaˆ†T
Donde aˆ†U es la cantidad de energía que se requiere para elevar la temperatura
de la sustancia en aˆ†T.1
El aumento de temperatura aˆ†T para determinada cantidad de sustancia, se
relaciona con el calor agregado, Q, mediante la ecuación
Q=Caˆ†T
O sea
C=Qaˆ†T J/K
Donde C es una constante de proporcionalidad que se llama capacidad calorífica.
Como el aumento de la temperatura depende de la cantidad de sustancia presente,
con frecuencia conviene hablar de la capacidad calorífica de un mol de
sustancia o capacidad calorífica molar,C, donde
C=Cn=Qnaˆ†T J/molK
Y n es la cantidad de moles de la sustancia presente en determinada medición. C
es una propiedad extensiva, pero C es una propiedad intensiva.2
Mediante la realización de esta actividad práctica se pretende que el
estudiante aplique conocimientos y desarrolle habilidades relacionadas con el
cálculo de propiedades termodinámicas de sustancias al determinar
experimentalmente la capacidad calorífica de un líquido a presión constante y
comparar el resultado con el obtenido a partir de tablas termodinámicas.
La capacidad calorífica a presión constante se define como:
CP≡∂H∂TP
La definiciónse acomoda a las capacidades caloríficas molar y especifica,
dependiendo de si H es la entalpia molar o especifica.3
La entalpía de una sustancia o mejor dicho el cambio de energía de la misma,
puede medirse en algunas ocasiones en términos del calor necesario para elevar
la temperatura de una sustancia, es decir, mediante la relación:
Q=aˆ†H
El calor está dado por la relación:
Q=n*Cp(T2-T1)
Donde:
T2-T1 es la diferencia de temperaturas
Q=V*I*t
Igualando las ecuaciones anteriores y despejando el Cp, tenemos otra manera de
calcular la capacidad calorífica:
Cp=V*I*tn*(T2-T1)
Donde:
V es el voltaje en volts
I es la intensidad de corriente en Amperes
T es el tiempo en segundos
También existen instrumentos llamados calorímetros con los se puede medir
directamente el cambio de calor.4
* Sección Experimental.
Materiales: termómetro (0-110°C), fuente de poder, Corning
(con trampa de calor), resistencia, cronómetro, alambres,
cinta teflón.
Reactivos: etanol (proporcionados por en Laboratorio 4. Facultad
de Química Unidad El Cerrillo. Campus Universitario El Cerrillo, UAEM).
Equipo: balanza analítica (proporcionados por en Laboratorio 4. Facultad de Química Unidad El Cerrillo. Campus Universitario
El Cerrillo, UAEM).
Procedimiento Experimental
Se armó el dispositivo de lasiguiente manera:
Figura 1. Esquema del equipo
Introduciendo 70 mL de Etanol en el matraz redondo; posteriormente se encendió
la fuente de poder con la resistencia conectada, se ajusto a
10 V y 1A.
Posteriormente se aisló el sistema con una trampa da calor (franela) y se
sellaron las conexiones y salidas con cinta teflón.
Al tener listo el equipo se encendió la fuente de poder y se procedió con la
toma de lecturas, se tomo lectura del tiempo que tardaba en subir la
temperatura 1°C hasta que obtuvimos aproximadamente 3 mL de destilado.
* Resultados y Discusiones.
Datos experimentales
Tabla 1. Datos iniciales
T inicial (°C) | 19 |
T final (K) | 71 |
Volumen Inicial de etanol (mL) | 70 |
Voltaje del Equipo (V) | 10 |
Intensidad de Corriente (A) | 1 |
Moles iniciales (mol) | 1.2 |
Masa de destilado (g) | 3.8 |
Tabla 2. Resultados
T inicial (K) | T final (K) | Tiempo (s) | Δt (s) | ΔT (s) | V (V) |
I (V) | Q (J) | Cp (J/molK) |
19 | 20 | 15 | 15 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 124.932103 |
20 | 21 | 27 | 12 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 99.945682 |
21 | 22 | 39 | 12 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 99.945682 |
22 | 23 | 52 | 13 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 108.274489 |
23 | 24 | 65 | 13 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 108.274489 |
24 | 25 | 85 | 20 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217| 166.576137 |
25 | 26 | 96 | 11 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 91.6168752 |
26 | 27 | 113 | 17 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 141.589716 |
27 | 28 | 140 | 27 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 224.877785 |
28 | 29 | 170 | 30 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 249.864205 |
29 | 30 | 189 | 19 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 158.24733 |
30 | 31 | 203 | 14 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 116.603296 |
31 | 32 | 217 | 14 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 116.603296 |
32 | 33 | 230 | 13 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 108.274489 |
33 | 34 | 250 | 20 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 166.576137 |
34 | 35 | 264 | 14 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 116.603296 |
35 | 36 | 277 | 13 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 108.274489 |
36 | 37 | 290 | 13 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 108.274489 |
37 | 38 | 306 | 16 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 133.260909 |
38 | 39 | 317 | 11 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 91.6168752 |
39 | 40 | 322 | 5 | 1 | 10 | 1 | 12.0065217 | 41.6440342 |
Posteriormente, con la información anterior se calcularon el calor promedio y
la capacidad calorífica promedio.
Tabla 3. Calor promedio y Calor especifico promedio
| Experimental | Teórico |
Qprom (J) | 12.0065217 | --- |
Cpprom (J/molK) | 127.708371 | 116.8694 |
| Error Relativo |
Cp promedio | 9.29% |
* Conclusiones
Se llevaron a cabo cálculos sobrepropiedades termodinámicas, a partir de la
determinación experimental de la capacidad calorífica, que fue calculada por
medio de la relación
Cp=V*I*tn*(T2-T1), cuyo valor obtenido tuvo un error relativo del 9.29%
respecto del valor establecido en la literatura, por lo que el resultado tiene
variación que si es considerable, pero respecto al propósito de esta actividad
experimental, fue realizado aceptablemente, puesto que como se planteó al
inicio de esta sesión, se tenían que llevar a cabo mediciones que nos
permitiesen, posteriormente, calcular la capacidad calorífica promedio, y su
respectiva comparación con el valor obtenido en la bibliografía.
* Autor Correspondiente. Tel. 7225922655, E-mail: alucard_shadows@hotmail.com
(Bautista Pichardo Edgar)
* Referencias
[1] Chang, Raymond; Fisicoquímica para las ciencias químicas y biológicas
(2008) Mc Graw Hill 3a edición, pág: 58
[2] Chang, Raymond; Fisicoquímica para las ciencias químicas y biológicas
(2008) Mc Graw Hill 3a edición, pág: 90
[3] Smith, J.M.; Introducción Termodinámica en Ingeniería Química (2007) Mc
Graw Hill 7a edición, pág: 41
[4] Cruz Olivares J. y col.; Laboratorio de Fisicoquímica “MANUAL DE PRÁCTICAS”
(2011) 24.
[5] Smith, J.M.; Introducción Termodinámica en Ingeniería Química (2007) Mc
Graw Hill 7a edición, pág: 685
