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PRÁCTICA 5. CALORIMETRÍA
INTRODUCCIÓN
Al mezclar dos cantidades de líquidos a distinta temperatura se genera una transferencia
de energía en forma de calor desde el más caliente al más frío. Dicho tránsito de energía
se mantiene hasta que se igualan las temperaturas, cuando se dice que ha alcanzado el
equilibrio térmico.
La cantidad de calor Q que se transfiere desde el líquido caliente, ola que absorbe el
frío, responde a la expresión
T
e
Q = mC D
donde m es la masa del líquido, Ce su calor específico y DT la variación de temperatura
que experimentan.
1. MEDIDA DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DE UN
CALORÍMETRO
Las transferencias de calor se miden en un calorímetro a través de variaciones de
temperatura. Previo a toda experiencia es necesario calibrarlo, esto es, determinarsu
capacidad calorífica.
Para realizar el calibrado, se mezclan cierta cantidad de agua fría con agua caliente y se
mide la temperatura de equilibrio. Durante este proceso una parte de la energía cedida
por el agua caliente es absorbida por el vaso Dewar del calorímetro que eleva su
temperatura desde T2 a Te. En consecuencia, como en el calorímetro no se producen
pérdidas de energía hacia elexterior, la variación del conjunto formado por el
calorímetro y las cantidades de agua será nula, por lo que se puede escribir
( ) ( ) ( ) 0 m1 Te - T1 + CK Te - T2 + m2 Te -T2 = (1)
donde CK es la capacidad calorífica del calorímetro, esto es, cuánto calor absorbe por
grado de aumento en la temperatura. Además se ha tomado el calor específico del agua
como 1 cal.g
-1K
-1FUNDAMENTOS DEQUÍMICA-PRÁCTICA 5
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La influencia del calorímetro también se acostumbra a identificar como equivalente en
agua (K), que se define como la cantidad de agua cuya capacidad calorífica es CK. Por
ser el calor específico del agua 1 cal.g
-1K
-1
, el equivalente en agua es la capacidad
calorífica del calorímetro pero expresada en gramos.
Diseño experimental y recogida de datos
La figura ilustrael montaje que debe disponerse para realizar esta práctica. Echense
200ml de agua del grifo, medidos cuidadosamente con la probeta en el calorímetro y
tápese colocando el termómetro y el agitador. Al cabo de cierto tiempo anótese su
temperatura (T2).
Échense por otra parte 200 ml de agua, también medidos con la probeta, en el
erlenmeyer que se sujetará al soporte mediante la pinza y lavarilla. En él se introduce
un termómetro suspendido de la placa soporte sin que llegue a tocar el fondo del vaso.FUNDAMENTOS DE QUÍMICA-PRÁCTICA 5
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Se calienta este agua hasta alcanzar unos 40
0C, y a continuación se vierte en el
calorímetro, procurando anotar su temperatura (T1) justo antes de introducirse en el
mismo. Una vez ambas porciones de agua se encuentran en el calorímetro, se agitaligeramente y se lee la temperatura de equilibrio Te al cabo de un minuto (o el tiempo
requerido para que la lectura del termómetro se mantenga estable). En la medida de lo
posible inténtese apreciar hasta la mitad de grado en la lectura de las temperaturas.
Se propone realizar dos experiencias semejantes utilizando en cada una de ellas
diferentes cantidades de agua caliente y fría.
1. Masa deagua fría = m2 = 200 g + masa de agua caliente = ma = 200 g
2. Masa de agua fría = m2 = 150 g + masa de agua caliente = ma = 150 g
Los datos de ambas experiencias se trasladan a la tabla siguiente:
Temperaturas en
0C T1 T2 Te
Caso 1
Caso 2
Resultados y conclusiones
1. Efectuando los cálculos que se derivan de la expresión (1), se determina el valor de la
capacidad calorífica CK. Lacapacidad calorífica del calorímetro se asigna al valor
medio de los dos valores encontrados. Expresar los resultados en calorías y en unidades
del Sistema Internacional, sabiendo que 1cal = 4,185 J.
2. MEDIDA DEL CALOR LATENTE DE FUSIÓN DEL HIELO
El calor latente de fusión
HF se define como la cantidad de calor por unidad de masa
necesaria para fundir un sólido que coexiste con el líquido a la...