Termometría y calorimetría
Temperatura
Escalas de temperatura
Termometría
Al colocar un cuerpo a la acción del sol, del fuego u otra fuente calórica, éste se calienta. Este calentamiento nos da idea del "estado térmico" del cuerpo, definiendo entonces que el estado térmico de un cuerpo es mayor o menor que otro si está más o menos caliente que éste.
Además podemos observar que cuando debemos enfriar un líquido muy caliente le agregamos un líquido más frío, obteniéndose un estado térmico menor que el del primer líquido pero mayor que el del segundo.
Este ejemplo nos permite determinar que:
-
a. Dos cuerpos o sustancias de distinto estado térmico puestos en contacto, tienden a igualar sus estados térmicos, alcanzándose así un equilibrio térmico. En este caso podemos afirmar que el cuerpo más caliente le cede calor al más frío.
-
b. Si colocamos dos cuerpos que tengan igual estado térmico, éstos no experimentan variaciones. En éste caso afirmamos que entre los dos cuerpos no hay intercambio de calor.
-
c. Los estados térmicos no son magnitudes, ya que si mezclamos líquidos, por ejemplo, en distintos estados térmicos no se obtiene otro estado térmico que sea el producto de la suma de los estados térmicos iniciales. Por lo tanto al no poder ser sumables o divisibles (propiedades imprescindibles de las magnitudes) no son magnitudes.
La comparación de los estados térmicos de los cuerpos, lleva a la necesidad de establecer un ordenamiento numérico entre cada uno de ellos, es decir establecer una escala de temperaturas.
Temperatura: es el número que representa el estado térmico de un cuerpo, tomando como referencia un estado térmico perfectamente definido (por ejemplo la fusión del agua es decir el pasaje de hielo a agua o la ebullición del agua es decir el paso del agua líquida a vapor.
Escalas termométricas
Fundamentalmente se emplean 4 escalas: Escala Centígrada o Celsius, Escala Reaumur, Escala Fahrenheit y Escala Kelvin.
Escala Centígrada o Celsius: En esta escala se considera como punto fijo inferior el 0º centígrado (0º C) que equivale al nivel alcanzado por el mercurio cuando tiene el estado térmico del hielo en fusión. El punto fijo superior son los 100º centígrados (100º C), que equivale al nivel alcanzado por el mercurio cuando se encuentra en el mismo estado térmico que el de los vapores del agua en ebullición. La distancia que separan ambas marcas se las divide en 100 partes iguales, pudiéndose expresar entonces que un grado centígrado es la variación de temperatura equivalente a la centésima parte de la variación de volumen sufrida por una masa de mercurio que pasó de un estado térmico igual al del hielo en fusión y al del agua en ebullición.
Escala Reaumur: También se considera los puntos fijos correspondientes a la fusión y a la ebullición del agua, pero se dividió esta distancia en 80 partes iguales, por lo que su punto fijo inferior se expresa como 0º R y su punto fijo superior como 80º R.
Escala Fahrenheit: Se considera como punto fijo inferior el 0º F que equivale al nivel que alcanza el mercurio cuando llega al mismo estado térmico de una mezcla frigorífica de hielo y cloruro de amonio en partes iguales. El punto fijo superior es 212º F que es equivalente al nivel alcanzado por el mercurio cuando logra el estado térmico de los vapores del agua en ebullición. Además al colocar un termómetro Fahrenheit en hielo en estado de fusión, el termómetro marca 32ºF.
Escala Kelvin: El punto fijo inferior es 273º K, que equivale a 0º C. Es conocida como temperatura absoluta
Calorimetría
Hemos visto que dos cuerpos que se encontraban en distinto estado térmico, al juntarlos adquirían un equilibrio ya que el cuerpo más caliente le cedía calor al más frío y viceversa el cuerpo más frío absorbía el calor del más caliente, esto provocaba el aumento o disminución de la temperatura según correspondiese.
También cabe observar que cuando golpeamos en forma continua un clavo o inflamos un neumático, tanto la cabeza del clavo como el pico del inflador se calientan, esto sucede porque el calor es una forma de energía.
La calorimetría es la parte de la física que se encarga de estudiar la cantidad de calor que absorbe o cede un cuerpo. La cantidad de calor es una magnitud cuya unidad es la caloría (calor):
Caloría: "Es la cantidad de calor que absorbe un gramo de agua para aumentar en un grado centígrado su temperatura" La kilocaloría es un múltiplo de la caloría equivalente a 1000 calorías.
Para determinar la cantidad de calor que absorbe un cuerpo podemos trabajar de la siguiente manera:
1. Colocamos en dos recipientes con agua, dos objetos de igual masa e igual sustancia. Uno de los recipientes lo calentamos hasta alcanzar los 100ºC mientras que al otro hasta llegar a los 50ºC. Sacamos los objetos que habíamos introducido y los apoyamos sobre una barra de hielo, observamos que el que estaba en el agua más caliente se "hunde", provoca una mayor fusión en la barra, por lo que podemos afirmar: La cantidad de calor absorbida por un cuerpo es proporcional a la variación de temperatura.
2. En uno de los recipientes colocamos ahora 2 cuerpos de igual sustancia pero de distinto tamaño, los llevamos a los 100ºC y luego retiramos los cuerpos, al colocarlos sobre la barra de hielo observamos que fundirá más el de mayor masa, conclusión: La cantidad de calor absorbida por un cuerpo es directamente proporcional a su masa.
3. En el mismo recipiente colocamos dos cuerpos de igual masa pero de distinta sustancia, calentamos hasta los 100ºC, retiramos los cuerpos y al apoyarlos sobre la barra de hielo observamos que provocan distinta fusión, es decir que han absorbido distinta cantidad de calor, entonces: La cantidad de calor absorbida por un cuerpo depende de la naturaleza de la sustancia que con que está formado dicho cuerpo. A este factor de proporcionalidad se lo denomina.
Reacciones químicas.
endotermicas y
exotermicas
Una reacción química, también llamada cambio químico o fenómeno químico, es todo proceso termodinámico en el cual una o más sustancias (llamadas reactantes o reactivos), se transforman, cambiando su estructura molecular y sus enlaces, en otras sustancias, llamadas productos. Los reactantes pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro de forma natural, o una cinta de magnesio al colocarla en una llama se convierte en óxido de magnesio, como un ejemplo de reacción inducida.
A la representación simbólica de cada una de las reacciones se le denomina ecuación química.
Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química. No obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar según cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en cualquier reacción química. Estas cantidades constantes, las magnitudes conservadas, incluyen el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total.
Se denomina reacción endotérmica a cualquier reacción química que absorbe energía
Si hablamos de entalpía (H), una reacción endotérmica es aquella que tiene un incremento de entalpía (ΔH) positivo. Es decir, la energía que poseen los productos es mayor a la de los reactivos.2
Las reacciones endotérmicas y especialmente las relacionadas con el amoníaco impulsaron una próspera industria de generación de hielo a principios del siglo XIX. Actualmente el frío industrial se genera con electricidad en máquinas frigoríficas.
Se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprenda energía, ya sea como luz o calor,1 o lo que es lo mismo: con una variación negativa de la entalpía; es decir: -ΔH. El prefijo exo significa «hacia fuera». Por lo tanto se entiende que las reacciones exotérmicas liberan energía. Considerando que A, B, C y D representen sustancias genéricas, el esquema general de una reacción exotérmica se puede escribir de la siguiente manera:
A + B → C + D + calor
Ocurre principalmente en las reacciones de oxidación. Cuando estas son intensas pueden generar fuego. Si dos átomos de hidrógeno reaccionan entre sí e integran una molécula, el proceso es exotérmico.
Tomado de https://es.wikipedia.org/wiki/Reacción
ECUACIONES QUÍMICAS
Una ecuación química es una descripción simbólica de una reacción química. Muestra las sustancias que reaccionan (llamadas reactivos o reactantes) y las sustancias que se originan (llamadas productos). La ecuación química ayuda a visualizar los reactivos que son los que tendrán una reacción química y los productos, que son las sustancias que se obtiene de este proceso. Además se pueden ubicar los símbolos químicos de cada uno de los elementos o compuestos que estén dentro de la ecuación y poder balancearlos con mayor facilidad.
En 1615 Jean Beguin publicó Tyrocinium Chymicum, uno de los primeros trabajos escritos sobre química, en donde redacta la primera ecuación química de la Historia.
Una ecuación química debe:
Cumplir con la ley de conservación de la materia.
Cumplir con la ley de conservación de la carga.
Cumplir con la ley de conservación de la energía.
Tomado de https://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_qu%C3%ADmica
PROPIEDADES Y CLASES DE SOLUCIONES
Una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y está presente generalmente en pequeña cantidad en comparación con la sustancia donde se disuelve denominada solvente. En cualquier discusión de soluciones, el primer requisito consiste en poder especificar sus composiciones, esto es, las cantidades relativas de los diversos componentes.
La concentración de una solución expresa la relación de la cantidad de soluto a la
cantidad de solvente.
Las soluciones poseen una serie de propiedades que las caracterizan:
1. Su composición química es variable.
2. Las propiedades químicas de los componentes de una solución no se alteran.
3. Las propiedades físicas de la solución son diferentes a las del solvente puro: la adición de un soluto a un solvente aumenta su punto de ebullición y disminuye su punto de congelación; la adición de un soluto a un solvente disminuye la presión de vapor de éste.
TIPOS DE SOLUCIONES:
- Gas en líquido.
- Líquido en líquido.
- Sólido en líquido.
- Gas en gas.
- Líquido en gas.
- Sólido en gas.
- Gas en sólido.
- Líquido en sólido.
- Sólido en sólido.
PRINCIPALES CLASES DE SOLUCIONES
SOLUCIÓN DISOLVENTE SOLUTO EJEMPLOS
Gaseosa Gas Gas Aire
Liquida Liquido Liquido Alcohol en agua
Liquida Liquido Gas O2 en H2O
Liquida Liquido Sólido NaCl en H2O
SOLUBILIDAD: Cantidad máxima de soluto que puede ser disuelta por un determinado solvente. Varía con la presión y con la temperatura. Es un dato cuantitativo.
MISCIBILIDAD: Capacidad de una sustancia para disolverse en otra. Es un dato cualitativo. Separa los pares de sustancias en "miscibles" y "no miscibles".
SOLUCIÓN SATURADA: Solución que contiene la máxima cantidad de soluto que el solvente puede disolver a esa presión y esa temperatura. Si se le agrega más soluto no lo disuelve: si es un sólido en un solvente líquido, el exceso precipita; si es un líquido en solvente líquido, el exceso queda separado del solvente por encima o por debajo según su densidad relativa; si es un gas en un solvente líquido, el exceso de soluto...