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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNCALORIMETRO

ALUMNA OSIRIS MAILETH SANTILLAN CADENA

FECHA 27/02/2015



RESUMEN

Se determinó experimentalmente la constante del calorímetro construido, titulandouna solución de Acido Sulfúrico (H2SO4) a 1.! " potenciom#tricamente.

$itulando esta solución se o%tu&o los si'uientes resultadosM P.P. MEQ

P.P.

VOL.

ACIDO

NAC N.PROME

DIO

(KCAL)

0.443 0.053 10 0.83584

906

0.8130888

70.435 0.053 10.5 0.78167

1160.455 0.053 10.2 0.84165

742

0.416 0.053 9.78 0.80256202

0.42 0.053 9.86 0.80370

47

Sa%iendo ue la normalidad de la solución final es *.+1! cal - el d$ fue de.*/+0 entonces, se determinó la constante del calorímetro ue fue de *.+4+cal experimentalmente. uando teóricamente se espera%a una constante de*.22 cal 3aciendo los clculos con respecto a 5icerin', ue se &ieronafectadas por el tipo de calorímetro, - el material con el cual se constru-ó.

ABSTRACT

onstant of t3e calorimeter %uilt experimentall- determined, titratin' a solution of Sulfuric Acid (H2SO4) 1.! " metricalli potentiometric.

$itratin' t3is solution t3e follo6in' results

M P.P. MEQ

P.P.

VOL.

ACID.

N.AC N.PROME

DIO

(KCAL)0.443 0.053 10 0.835849

06

0.81308887

0.435 0.053 10.5 0.781671

160.455 0.053 10.2 0.841657

420.416 0.053 9.78 0.802562



02

0.42 0.053 9.86 0.803704

7

no6in' t3at t3e normalit- of t3e final solution is *+1! cal and .*/+7 d$ 6ast3en calorimeter constant t3at 6as experimentall- *.+4+ cal sac. 83en a

constant of *.22 cal t3eoreticall- main' calculations for 5icerin', 63o 6ereaffected %- t3e t-pe of calorimeter, and t3e material 63ic3 6as %uilt expected.

INTRODUCCIÓN.

CALORIMETRÍA

9a Cal!"#$%!&a es la parte de la física ue se encar'a de medir la cantidad decalor 'enerada en ciertos procesos físicos o uímicos. :l aparato ue se encar'a

de medir esas cantidades es el calorímetro.

:l calorímetro es un aparato inte'rado por un termómetro (de%e de estar encontacto con el medio ue se est midiendo), las paredes ue lo conforman esdonde se encontraran las sustancias ue dan - reci%en calor. 9as paredes de%ende estar lo ms aisladas posi%les para ue no se produ;ca intercam%io de calor,de%e de contar con un medio de a'itación (de%e de ser un a'itador efica; paraue la temperatura de la reacción sea uniforme).

:xisten &arios tipos de alorímetros en los ue se encuentran

• 9os de &olumen constante (%om%a calorim#trica) ue se usa para medir

cosas como una reacción de com%ustión

• 9os de temperatura constante

• alorímetro tipo al&et, los calorímetros tipo al&et se %asan en un sensor

tridimensional de flu<o para detectar la transmisión de calor.

• :l calorímetro adia%tico= 9os calorímetros adia%ticos miden las

reacciones a calor constante, auellas ue producen en un procesoadia%tico, un t#rmino de la termodinmica.

• >e reacción,

• :ntre otros.



TRANSFERENCIA DE CALOR

9a %!a'()$!$'*"a+$ *al! es el paso de ener'ía t#rmica de un cuerpo de ma-or temperatura a uno de menor temperatura. 9a transferencia de calor cam%iala ener'ía interna de am%os sistemas implicados, de acuerdo con la primera le- de

la $ermodinmica.

9a transferencia de calor se produce por=

• O">?@"= 9a conducción es la transferencia de calor , por medio de la

excitación molecular en el interior del material, sin nin'ún tipo demo&imiento entre los o%<etos.

• O"B:@"= 9a con&ección es la transferencia de calor por medio del

mo&imiento de una masa fluida, tal como el aire o el a'ua. uando estos secalientan se mue&en 3acia fuera de la fuente de calor, transportandoconsi'o la ener'ía. 9a con&ección por encima de una superficie calienteocurre porue, cuando se calienta el aire en contacto con la superficie, seexpande, se 3ace menos denso, - se ele&a (&er la le- de 'as ideal). >ei'ual manera, el a'ua caliente es menos densa ue la fría - por tanto seele&a, ori'inando corrientes de con&ección ue transportan ener'ía.

• CA>@A@O"= 9a radiación t#rmica es ener'ía emitida por la materia ue se

encuentra a una temperatura dada, se produce directamente desde lafuente 3acia afuera en todas las direcciones. :sta ener'ía es producida por los cam%ios en las confi'uraciones electrónicas de los tomos o mol#culasconstituti&os - transportada por ondas electroma'n#ticas o fotones, por loreci%e el nom%re de radiación electromagnética. 9a masa en reposo de unfotón (ue si'nifica lu;) es id#nticamente nula.

CALIBRACIÓN DE UN CALORÍMETRO

Antes de utili;ar un calorímetro es necesario conocer el &alor de su constante(). Se denomina constante del calorímetro a la cantidad de calor a%sor%ida por las distintas partes del mismo, cuando se aumenta o se disminu-e,respecti&amente, su temperatura en 1 D.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/inteng.html#c2

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/firlaw.html#c1


http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/heatra.html#c1


http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/kinetic/idegas.html#c1





http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/kinetic/idegas.html#c1

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/inteng.html#c2



>urante todas las experiencias las medidas de%en reali;arse con un &olumen delíuido constante -a ue, si este &aría, cam%iar la constante del calorímetro

5ara poder determinar la &ariación calórica de una reacción uímica determinadade%er ser cali%rado el calorímetro a tal manera ue se pueda esta%lecer conexión

entre las &ariaciones de temperatura - el pH de la solución.

on esto se encontrara la constante de calorímetro ue nos indicar la ele&ación ocaída en 1D del calor implicado.

:l pro%lema de este experimento consistió en diseEar, construir - cali%rar uncalorímetro, para poder o%tener su constante calorim#trica experimental - sa%er cunto calor es el a%sor%ido por este sistema.

5or tanto nuestra 3ipótesis 3ec3a teóricamente fue

FAl lle&ar aca%o nuestra cali%ración del experimento podemos determinar ue elresultado de la constante del calorímetro puede ser *.22 cal, considerando uetomemos * ml de a'ua como constante &olum#tricaG.

5ara determinar la constante en *ml de a'ua se utili;o la si'uiente ecuación

(*ml)(!.D)I1***J*.22 cal



CONSTRUCCIÓN DEL CALORÍMETRO

MATERIALES

Baso de &idrio de %oca anc3a orc3o o tapón de 'oma

$ermómetro de in&ersión t#rmica de K1* a 11* L ?nicel :stopa 5apel Aluminio inta canela Silicón 5in;as do%les para pipeta

PROCEDIMIENTOSe midió el unicel con el &aso de &idrio de tal manera de ue lo cu%riera por loslados de%a<o - encima de #l (encima para 3acer la tapa).

Se pe'aron las paredes de unicel.

Se sello la intersección de las paredes por dentro - fuera.

Se fi<o el &aso de &idrio a la %ase del unicel.

Se forro con aluminio el &aso de &idrio, con la parte ms %rillante para adentro.

Se cu%rió los espacios &acíos entre el &aso - las paredes de unicel con estopacomo aislante.

Se sello la parte alrededor de la %oca del &aso.

Se constru-o la tapa.



Al tapón le 3i;o un 3o-o para el calorímetro.

M se cu%rió las paredes del calorímetro con cinta para e&itar la p#rdida - entradade calor.

CALIBRACIÓN DEL CALORÍMETRO

MATERIALES.

alorímetro construido 5ro%eta 'raduada

5ipeta 'raduada 5erilla de succión 5astilla de a'itación Soporte uni&ersal

EUIPO

5arrilla de a'itación 5otenciómetro

REACTIVOS

Acido Sulfúrico concentrado (pJ 1,+4(!), /+N H2SO4) A'ua destilada

PROCEDIMIENTO

Se &ertieron *m9 de a'ua destilada - se re'istro su temperatura 3asta ue semantu&o constante (1* min aprox.) comen;ando la a'itación. (B#ase fi'. 1.*)



(fi'. 1.* se introdu<o el. termómetro para comen;ar. con las lecturas)

Se introdu<o al calorímetro la pastilla de a'itación (&#ase fi'.1.1)

. (fi'.1.1 introducción del ma'neto para poder, tener una temperatura uniforme dentro del, calorímetro)

Se aEadió cuidadosamente 2m9 de cido sulfúrico, lo ms cerca posi%le de los !*se'undos despu#s de la última lectura.

Se re'istró la temperatura en inter&alos de 1 minuto 3asta ue la temperatura dela solución no presento &ariaciones si'nificati&as - permaneció constante (&#asefi'.1.2)



, (i'. 1.2 calorímetro con solución de .. a'ua - cido sulfúrico)

Se 'raficarón los resultados para poder o%s#r&alos con ms detenimiento

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

23

24

25

26

27

28

29

f(x) = - 0.05x + 28.51

f(x) =f(x) =

Linear ()

Linear () ai!"+H"#a1$%&%1'%&%11

Linear (ai!"+H"#a1$%&%1'%&%11)

Se &ertieron en un recipiente adecuado el contenido del calorímetro - se de<ó

enfriar P(no necesariamente)P

CONSTANTE DEL CALORÍMETRO

PSe procedió a titular potenciom#tricamente la solución extraída del calorímetro.

Se instaló el potenciómetro - se cali%ró con las soluciones %uffer 4 - (&#asefi'.2.* - 2.1)



(i'uras 2.* - 2.1 cali%ración de un calorímetro)

Se instaló la parilla de a'itación

on un soporte uni&ersal se su<etó la pipeta

Se pesaron las muestras de ar%onato (&#ase fi'. 2.!, 2.4 - 2.)

(i'uras 2.!, 2.4, 2., pesadas de car%onato de calcio para las cincomuestras. $eniendo ue para la primer muestra fueron *.44! 'r decar%onato de calcio, para la se'unda *.4!*1'r, - *.4* 'r, *.41* 'r -*.42*+ 'r de car%onato de calcio respecti&amente)

ada muestra se &ertió en un &aso de precipitado (&#ase fi'. 2.)



(i'. 2. preparación de las alícuotas)

Se disol&ieron en a'ua la suficiente paracu%rir %ien el electrodo

Se prosi'uió a &aciarle 2 ml de H2SO4, esperar a ue el potenciómetro seesta%ili;ara, para anotar la &ariación de pH (&#ase fi'. 2.)

(i'. 2. titulación potenciom#tricamente)

Se ta%ularon - 'raficaron los resultados



on los resultados se pudieron o%tener los clculos para sacar la normalidad delacido

M con ello se o%tu&o la constante de nuestro calorímetro.

INTERPRETACION DE RESULTADOS

5ara sa%er u# cantidad de car%onato pesar para nuestra titulación tu&imos ue3acer los si'uientes clculos

H2SO4 Q "a2O! "a2SO4 Q O2 Q H2O

"J 1.!

eq=( 1.631 )( 1 l

1000ml ) (10ml )=0.0163

98g /mol2

=49gdeH 2SO4

0.0163 eq( 49 gdeH 2SO 4

1eq )=0.7987gdeH 2 SO4

(0.7987 gdeH 2 SO4 )(1moldeH 2 SO4

98 gdeH 2 SO4 )(1moldeNa2CO3

1molde H 2 SO4 )(106 gdeNa2CO3

1moldeNa2CO3 )

¿0.86639 gdeNa2CO3

2=0.43gdeNa2CO 3

5ara sa%er el R li%erado en la reacción (se reali;o una extrapolación en %ase a lata%la de 5ierin')



"ormalidad R li%erado de la reacción1.1 *./41.! *./1+ *.+4

1.1−0.918

0.946−0.84

=1.63−0.918

x−0.784

1.1−0.918

0.946−0.84( x−0.784 )=1.63−0.918

x=0.784+ (1.1−1.63 )(0.946−0.784

1.1−0.918)

x=1.5428 Kcal

on estos datos procedimos a titular *.4! ' de "a2O! con 1* ml de H2SO4 1."

O%tu&iendo los si'uientes resultados

5ara la titulación numero 1

9as 'raficas son con relación de &olumen(3ori;ontan) - pH(&ertical)

0 2 4 6 8 10 12

0

2

4

6

8

10

12

"*en ai!"

5ara la titulación numero 2



0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12

14

2da Titulación

Volumn !cido

"#

$ercera titulación

0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12

14

$%a Titulación

"*en ,i!"

H

uarta titulación



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-2

0

2

4

6

8

10

12

14

H

!/!H

Ruinta titulación

0 5 10 15 20 25

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

&ta Titulación

"*en ,i!"

H

on los resultados o%tenidos se ta%ularon la masa pp, los me, el &ole., - lanormalidad promedio o%teniendo los si'uientes resultados

# P.P. #$-P.P.

l.A*"+

N!#al"+a+ +$la*"+

N./!#$+"



*.44! *.*! 1* *.+!+4/*

*.+1!*+++

*.4! *.*! 1*. *.+111

*.4 *.*! 1*.2 *.+414

2*.41 *.*! /.+ *.+*22*

2*.42 *.*! /.+ *.+*!*4

O%teniendo la normalidad promedio del cido se pudo sacar la constantecalorim#trica con una extrapolación de la si'uiente manera (tam%i#n en %ase a lata%ulación de 5icerin')

"omalidad del acido R li%erado (cal)*.+42 *.1*.+1!* *.2 *.4!

0.842−0.55

0.71−0.43=

0.8130−0.552

x−0.473

0.842−0.55

0.71−0.43( x−0.473 )=0.8130−0.552

x=(0.8130−0.552 )( 0.71−0.43

0.842−0.55 )+0.43

x=0.6848 Kcal

onclusión

Se determinó la constante con %ase a las titulaciones potencio m#tricas reali;adasse pudo dar cuenta de ue al encontrar el punto de eui&alencia donde no 3a-exceso de nin'uno de los reacti&os - se encuentran neutrali;ados, se encontrócon ue tra%a<amos con una %ase d#%il - un acido fuerte, determinando lanormalidad de las muestras ue fue de *.+1!* pudimos determinar la constantereali;ando una extrapolación - con esto o%ser&amos ue los datos ue



esper%amos en la parte teórica fue afectadas por el material, - -a ue tam%i#nfue complicado tener el mismo pesa<e de car%onato en las diferentes muestras.Ma ue del resultado o%tenido ue fue de *.+4+ cal al esperado de *.*22.

B"0l"1!a)&a

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3ttpII666.e3o6enespanol.comItiposKcalorimetrosKinfoU2+1I

3ttpII3-perp3-sics.p3-Kastr.'su.eduI3%aseesIt3ermoI3eatra.3tml

3ttpIIcienciaK%asicaKexperimental.netI2oKcursoIinformacion.3tm

Co%ert T. isc3er,Gcompendio de anlisis uímico cuantitati&oG, "ue&a :ditorial@nteramericana, olom%ia, :cuador, ?ru'ua-, Bene;uela, V#xico >.., p.p.!!K!,1/+1

http://ingeniatic.euitt.upm.es/index.php/tecnologias/item/556-potenci%C3%B3mmetro


http://www.ehowenespanol.com/tipos-calorimetros-info_281675/

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/heatra.html

http://ciencia-basica-experimental.net/2o-curso/informacion.htm



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