TP N° 4 CALORIMETRÍA

Práctica No 4

“Calorimetría y Oxígeno Disuelto”

Objetivo: Estudiar la caída de la temperatura en recipientes de diferentes características. Relacionar el oxígeno disuelto en agua con la temperatura de la misma.

Introducción:
El agua es una sustancia con una gran capacidad calorífica, eso quiere decir que puede retener grandes cantidades de energía en forma de calor.
Cuando dos sistemas en contacto se encuentran a diferentes temperaturas, estas tienden a equilibrarse (es decir a igualarse). Un recipiente conteniendo agua a 80ºC en un ambiente que se encuentra a 25ºC es una situación de desequilibrio que lleva al enfriamiento progresivo del agua a lo largo del tiempo hasta alcanzar la temperatura ambiente.
La calidad de un recipiente está determinada por el tiempo que le toma a un sistema en su interior alcanzar la temperatura externa.
Uno de los recipientes capaces de mantener la temperatura interna durante largos períodos de tiempo es el “repuesto” que se encuentran dentro de los termos. Los repuestos están compuestos de dos paredes de vidrio separadas por un espacio al vacío, el calor en el vacío no puede dispersarse, por lo cual la temperatura en el interior del envase se ve poco afectada por la temperatura externa. Es por eso que se utilizan para mantener la temperatura de bebidas y líquidos en general.
Los gases tienen la capacidad de disolverse en el agua, no se trata de una reacción química (ya que ni el agua ni el oxígeno modifican su estructura) sino de un fenómeno más bien físico.
El oxígeno (O2) es un gas que se encuentra presenta en la atmósfera. Cuando una superficie de agua (mares o lagos por ejemplo) está en contacto con la atmósfera, el oxígeno se disolverá entre las moléculas de agua. Este fenómeno permite que los peces respiren cuando están sumergidos. La capacidad del agua para contener oxígeno, depende de su temperatura.

Pregunta de Investigación:

Parte1: ¿Cómo varía la temperatura de agua a 80ºC en el interior de un recipiente?

Parte 2: ¿Cuál es la relación entre la temperatura y el oxígeno disuelto en agua? (Es decir si aumenta o no con el aumento de temperatura del agua)

Hipótesis:

-Parte1: Como la temperatura del agua en el termo es mayor que la temperatura ambiente, el agua se enfriará lentamente hasta igualar la temperatura externa.

-Parte 2: A mayor temperatura mayor solubilidad de oxígeno ya que los sólidos como el azúcar por ejemplo, aumentan su solubilidad con la temperatura.

Variables: Las variables son las características de un experimento que son analizables.
Las variables independientes son aquellas que no se ven afectadas por el trabajo del experimento, es decir están planteadas desde un principio y son aquellas de que van a definir las modificaciones en las variables dependientes.
Las variables independientes son aquellas que si se modifican en el tiempo son las que se analizan para comprender el fenómeno estudiado.
Las variables de control se establecen para asegurar que las únicas diferencias observadas sean las que dependen del fenómeno analizado y no de factores externos.

Variables:

Parte1:

-Independiente:

-Dependiente:

-De control: Utilizar en todos los casos repuestos de termo de la misma marca. El volumen de agua en el interior debe ser el mismo en todos los repuestos. La temperatura inicial debe ser similar en todos los casos. Todos los recipientes deben estar sostenidos de la misma forma.

Parte 2:

-Independiente:

-Dependiente:

-De control: Utilizar agua destilada del mismo bidón. Agitar siempre el sensor de oxígeno de forma constante e idéntica entre los diferentes recipientes. Utilizar el mismo termómetro para todas las pruebas. Utilizar el mismo recipiente.

Materiales y Métodos:

-Vernier LabQuest con sensor de O2 disuelto (Error = + 0,1 g Oxígeno/litro)

-Agua destilada a diferentes temperaturas.

-Termómetros digitales (Error = + 0,1 ºC)

-Pie y agarraderas.

-Repuesto de Termo.

-Cronómetro.

-Vaso de precipitados.

-Erlenmeyer.

Desarrollo:

Parte 1: Se dispondrá de 6 “repuestos” de vidrio en diferentes condiciones más un erlenmeyer:
A-Sin tapa; B-Con tapa (tapa del termo original); C-Con un envoltorio plástico en el que viene envuelto el repuesto (aunque sin tapa); D- Repuesto pintado de negro; E- Repuesto sumergido en un baño de agua a 20ºC; F- Repuesto pinchado (se pierde el vacío entre las paredes y el calor puede dispersarse); G- Erlenmeyer.

1-Colocar 500 ml de agua a 80 ºC (pedir el agua al docente o ayudante, esta debe encontrarse en un rango de temperaturas entre 78 y 82ºC) dentro del recipiente que le haya sido asignado.

2-Colocar dentro del recipiente un termómetro. En el caso de los termos con tapa el termómetro se introduce por un agujero en la tapa.

3-Anotar la temperatura inicial del agua dentro del recipiente mientras se dispara el cronómetro.

4- Registrar la temperatura en una tabla adecuada (previamente confeccionada) cada 5 minutos.

5-Realizar un gráfico de temperatura versus tiempo para su recipiente.

Parte 2: Se dispone de un solo equipo vernier LabQuest para medir el oxígeno disuelto, con lo cual se trabajará con un grupo a la vez, mientras se realiza parte 1.

1-Cada grupo recibirá nuevamente agua, esta vez a diferentes temperaturas. Colocar 250ml de agua en un vaso de precipitados y medir la temperatura con el termómetro que trae el docente especialmente para la parte 2.

2-Registrar el oxígeno disuelto con el vernier LabQuest y anotarlo.

6-Realizar un gráfico de oxígeno disuelto en función de la temperatura (va a necesitar datos de los otros grupos)