calorimetria

FQ II
Pedagogía en Química
Código 66063
Carolina Aliaga, Ximena Briones
Lunes 24 de Marzo 2014 (Grupo 1)
Lunes 31 de Marzo 2014 (Sección 2)
Trabajo práctico N° 1
Primera Ley de la Termodinámica
I. Objetivos
- Calibrar un calorímetro
- Determinar el calor específico de un metal
- Medir el calor latente de fusión del hielo.
II. Introducción
Usaremos un calorímetro para medir lacantidad de calor que ha sido transferida en un proceso
determinado. Su uso es de creciente interés en diversas aplicaciones en ciencia de los
materiales, en física de altas energías, en la medición absoluta de potencia de luz (bolómetros)
emitida por fuentes de luz naturales, ampolletas o láseres, en la industria de alimentos, etc.
Estudiaremos la transferencia de energía calórica en el agua enalgunos ejemplos sencillos y
usaremos el principio de la conservación de energía para calibrar un calorímetro, estudiar la
capacidad calórica de algunos metales y medir el calor latente de fusión del hielo. Elegimos el
agua como medio a estudiar debido a sus características únicas, que dan lugar a importantes
aplicaciones e implicaciones medioambientales. El agua tiene una alta capacidad calóricacomparada con otros líquidos. Además, exhibe un comportamiento anómalo de 0 ºC a 4 ºC.
III. Fundamentos teóricos
La cantidad de calor adicionado (o retirado) ΔQ de un cuerpo (sistema) para aumentar (o
disminuir) su temperatura una cantidad ΔT sin que haya cambio de estado de la materia está
relacionada a la masa del cuerpo m y a una propiedad del cuerpo llamada calor específico c de
lasiguiente manera:
ΔQ = m·c·ΔT

(1)

El producto de la masa y el calor específico genera una nueva cantidad llamada capacidad
térmica o capacidad calórica C, o sea, mc = C. La determinación de c o de C es fundamental
para destinarle aplicación a un determinado material. En la siguiente tabla se resumen algunos
valores de c para sustancias conocidas a presión ambiente constante (1 atm.):Sustancia
Agua
Aire seco
Aluminio
Bronce
Cobre
Concreto
Hielo (a 0ºc)
Plomo
Vidrio
Zinc

c [J/(gºC)]
4.182
1.009
0.896
0.385
0.385
0.92
2.09
0.13
0.779
0.389

c[cal/gºC]
1.0
0.241
0.214
0.092
0.092
0.22
0.5
0.031
0.186
0.093

1

Como se puede notar de esta tabla, el valor de c de una misma sustancia (agua o hielo)
generalmente es diferente para sus diferentesestados de la materia. El significado de la
capacidad calorífica puede extraerse pensando en lo siguiente: suponga dos objetos, uno de
cobre y otro de aluminio, pesando 1 Kg cada uno, que están recibiendo individualmente 1 KJ
de calor; ¿cuál de los objetos estará con mayor temperatura después de recibir todo el
calor?
La cantidad de calor adicionado (o retirado) ΔQ de un cuerpo (sistema) paraaumentar (o
disminuir) su temperatura una cantidad ΔT mientras se produce cambio de estado de la materia
está relacionada a la masa del cuerpo m y a una propiedad del cuerpo llamada calor latente de
la transformación (fusión, vaporización, etc.) L:
ΔQ = m·L

(2)

La tabla siguiente resume los calores latentes de fusión a presión ambiente constante (1 atm.)
de varias sustancias conocidas:Material
Aluminio
Cobre
Hierro
Plomo
Magnesio
Zinc
Hielo

Calor latente de fusión Lf
(cal/g)
(J/g)
94.5
396
49.0
205
63.7
267
5.5
23
88.0
370
27.0
110
79.7
334

Así, el calor específico latente de fusión es la cantidad de calor liberada (en Jules, en la tabla
anterior) cuando 1 kg de una sustancia pasa del estado sólido al estado líquido a la
denominada temperatura defusión. Observe que durante la entrega de este calor la
temperatura es una sola, la de fusión, o sea, no se presenta cambio de temperatura en tal
caso. El hielo (agua sólida) tiene uno de los mayores calores específicos de fusión entre todas
las sustancias y exhibe, además, un comportamiento anómalo: de 0 ºC a 4 ºC se contrae a
medida que se calienta. También se expande cuando se congela.
La...