Capacidad calorifica

Objetivos

- Determinar experimentalmente la capacidad calorífica de un calorímetro (constante calorimetrica) a presión constante.

- Determinar el calor de reacción molar de un par ácido-base fuertes en solución diluidas, a presión constante.

- Determinar el porcentaje de error entre el valor del calor de reacción teórico y experimental.

Introducción Teórica

Capacidad CaloríficaMolar

En esta sección se estudia el uso de la función de la entalpía y de la función de la energía interna en conexión con los cambios de temperatura. Aunque ya hemos mencionado la capacidad calorífica, en conexión con las unidades y dimensiones, seamos ahora un poco más detallados en nuestras definiciones.

La capacidad calorífica molar de una sustancia a volumen constante, Cv, es lacantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de 1 mol de la sustancia 1ºC a volumen constantes y a una temperatura dada.

La capacidad calorífica molar de una sustancia a presión constante, Cp, es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de 1 mol de la sustancia 1ºC a presión constante y a una temperatura dada.

Se observará que las capacidadescaloríficas aumentan en valor numérico al aumentar la complejidad de la molécula del gas. Para un gas monoatómico el único cambio en la energía interna, E, está asociado con un aumento en la energía cinética. Su valor numérico es esencialmente 3 cal por mol por grado, que se puede calcular a partir de la ecuación cinética de los gases. Algunas consideraciones cinéticas indican también que losvalores de Cp y de Cv para los gases monoatómicos, además de ser la mismas para todos esos gases, son también independientes de la temperatura.

Para los gases poliatómicos se requiere energía calorífica para suministrar a las moléculas movimiento de rotación y movimiento de vibración. Como el grado de los efectos posibles de vibración aumenta con la complejidad de la molécula, el valor de lacapacidad calorífica muestra un aumento paralelo. A diferencia de los gases monoatómicos, la capacidad calorifica de los gases poliatómicos aumenta con un incremento en la temperatura. Se puede ver que la diferencia entre los valores de Cv y Cp es esencialmente de 2 cal.

Antes de demostrar que la diferencia entre Cp y Cv es de 1.99 calorías, identificaremos a Cp y Cv con el cambio en entalpíay con el cambio en energía interna respectivamente. Supongamos que se calienta un gas a volumen constante. No se efectúa ningún trabajo ya que no hay ningún cambio de volumen, y el valor de Cv se identifica con el cambio de E, ya que no hay más que energía cinética con algo de energía de rotación y de vibración posiblemente. En el lenguaje del cálculo Cv está dado por la expresiónSin embargo, si se lleva a cabo el proceso a presión constante, deberá haber un aumento correspondiente en volumen, y Cp se identifica con el cambio en entalpía, ya que por definición H = E + PV. Nuevamente en el lenguaje del cálculo,



y por lo tanto

Cp = Cv + Trabajo Efectuado

Como el trabajo efectuado es igual al cambio en volumen multiplicado por la presión,

Cp = Cv + P(V2- V1)

Para una mol de un gas PV2 es igual a RT2 y PV1 es igual a RT1. Es más (T2 - T1) = 1ºC. Por lo tanto,

Cp = Cv + R(T2 - T1) = Cv + R

Se encontró que se podía expresar R en calorías por mol por grado, y en estas unidades tiene el valor de 1.99 (esencialmente 2). Por lo tanto, podemos tomar siempre la diferencia entre Cp y Cv, como R calorías, sin introducir ningún errorapreciable en los cálculos.

Si consideramos Cp y Cv y su uso, observaremos que E está relacionado con el cambio de temperatura a volumen constante, y H está relacionado con el cambio a presión constante.

Calores de Transición

Las transiciones implican el cambio de una forma cristalina a otra, como, por ejemplo, la conversión de azufre rómbico en azufre monoclínico. En estos párrafos...