Trata de la aplicacion de la primera ley de la Termodinamica

1. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA
FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FISICAS Y FORMALES
Práctica N°4: PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
PROGRAMA PROFESIONAL: Ingeniería de Minas
CURSO: Físico-Química
PROFESORA: Ing. Lizbeth Campos Olazábal
ALUMNOS: Abarca Soclle, Joey
Carpio Vera, Diego
Chávez Tejada, Daniel
Márquez Chávez, Luis
Pastor García, Ramiro
Pastor Noguera, Mauricio
AREQUIPA-PERÚ

2. PRACTICA N°4
“PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA”
Pastor García, Ramiro; Chávez Tejada, Daniel; Pastor Noguera, Mauricio;
Márquez Chávez, Luis; Abarca Soclle, Joey; Carpio Vera, Diego
Programa Profesional de Ingeniería de Minas; Facultad de Ingenierías
Físicas y Formales; Campus Universidad Católica de Santa María;
Arequipa-Perú
RESUMEN
En el siguiente informe se desarrollará y se explicará la primera ley de la
termodinámica, mediante una serie de demostraciones y experimentos sencillos
realizados en el laboratorio, utilizando elementos accesibles y procedimientos simples
que se pueden efectuar en cualquier aula. La termodinámica no proporciona
información acerca del valor absoluto de la energía total, sólo trata con el cambio de
ésta. La forma de transferencia de energía común para todas las ramas de la física -y
ampliamente estudiada por éstas es el trabajo. Dependiendo de la delimitación de los
sistemas a estudiar y del enfoque considerado, el trabajo puede ser caracterizado
como mecánico, eléctrico, etc. pero su característica principal es el hecho de transmitir
energía y que, en general, la cantidad de energía transferida no depende solamente de
los estados iniciales y finales, sino también de la forma concreta en la que se lleven a
cabo los procesos.
Palabras clave
Termodinamica, trabajo, energía, calor de fusion, calor de vaporizacion, presion
constante.
ABSTRACT
In the following report it will develop and they will explain the first law of the
thermodynamic one, by means of a series of demonstrations and simple experiments
realized in the laboratory, using accessible elements and simple procedures that can be
effected in any classroom. The thermodynamic one does not provide information brings
over of the absolute value of the total energy, only it treats with the change of this one.
The form of transfer of common energy for all the branches of the physics - and widely
studied by these it is the work. Depending on the delimiting of the systems to studying

3. and of the considered approach, the work can be characterized like mechanically,
electrically, etc. But his principal characteristic is the fact of transmitting energy and that,
in general, the quantity of transferred energy does not depend only on the initial and
final conditions, but also of the concrete form in which the processes are carried out.
Key words
Thermodynamic, work, energy, heat of merger, heat of vaporization, constant pressure.
INTRODUCCIÓN
El calor es la forma de transferencia de un tipo de energía particular, propiamente
termodinámica, que es debida únicamente a que los sistemas se encuentren a distintas
temperaturas (es algo común en la termodinámica catalogar el trabajo como toda
trasferencia de energía que no sea en forma de calor). Los hechos experimentales
corroboran que este tipo de transferencia también depende del proceso y no sólo de
los estados inicial y final.
Sin embargo, lo que los experimentos sí demuestran es que dado cualquier proceso de
cualquier tipo que lleve a un sistema termodinámico de un estado A a otro B, la suma
de la energía transferida en forma de trabajo y la energía transferida en forma de calor
siempre es la misma y se invierte en aumentar la energía interna del sistema. Es decir,
que la variación de energía interna del sistema es independiente del proceso que haya
sufrido. En forma de ecuación y teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico
esta ley queda de la forma:
Así, la Primera Ley (o Primer Principio) de la termodinámica relaciona magnitudes de
proceso (dependientes de éste) como son el trabajo y el calor, con una variable de
estado (independiente del proceso) tal como lo es la energía interna.
El objetivo principal del trabajo es alcanzar la comprensión de algún tema de física de
los que se enseñan en el secundario (en este caso la primera ley de la termodinámica),
mediante el desarrollo, la construcción y la prueba de un experimento simple realizable
en el aula con elementos cotidianos, que permita estudiarlo y entenderlo. Aplicar la
primera ley de la termodinámica calculando el calor que se transfiere de los
alrededores al sistema y en base a ello determinar si es factible considerar al
calorímetro empleado en la experimentación como adiabático.

4. FUNDAMENTO TEORICO
Primera ley de termodinámica (1)
La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea, ni se destruye,
sino que se conserva. Entonces esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido
a un ciclo termodinámico, el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido
por el mismo, y viceversa.
Es decir Q = W, en que Q es el calor suministrado por el sistema al medio ambiente y
W el trabajo realizado por el medio ambiente al sistema durante el ciclo.
Un ejemplo sencillo seria: Al remover con un taladro el agua contenida en un recipiente,
le estamos aplicando trabajo, que es igual al calor que este emite al medio ambiente al
calentarse. En este caso, el sistema puede ser el agua, el medio sería el taladro, el aire
circundante y todo lo que está fuera del sistema que no sea agua (pues lo que está
afuera recibirá calor del sistema).
Tipos de procesos (2)
Procesos endotérmicos
Un proceso exotérmico es un proceso que requiere de la adición de energía para que
pueda darse, un ejemplo claro es la evaporación, en química un reacción exotérmica
es la que Es aquella reacción química que libera energía calorífica hacia el medio que
lo rodea conforme transcurre, por lo tanto aumenta la temperatura de los alrededores
del sistema donde ocurre la reacción. El calor liberado se debe a que la entalpía de los
productos es menor que la entalpía (▲H) de los reactantes.
Corresponden a este tipo, las reacciones de combustión, las reacciones de
neutralización acido-base, y en general las reacciones de adición.
Una reacción exotérmica se puede representar en general mediante la siguiente
ecuación termoquímica.
Proceso exotérmicos (3)
Es el proceso químico que libera energía y sucede de manera espontánea en química,
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

5. Ocurre principalmente en las reacciones de oxidación. Cuando éstas son intensas
pueden generar fuego. Si dos átomos de hidrógeno reaccionan entre sí e integran una
molécula, el proceso es exotérmico.
H + H = H2
ΔH = -104 kcal/mol
Son cambios exotérmicos las transiciones de gas a líquido (condensación) y de líquido
a sólido (solidificación).
Un ejemplo de reacción exotérmica es la combustión.
MATERIALES Y MÉTODOS
Materiales
 1 vaso chico de tecnopor y un vaso grande de tecnopor.
 Agua destilada
 Vaso de precipitados de 150 ml
 Hielo
 Termómetro
 Toalla de papel
 Balanza analítica
 Probetas
Procedimientos
1. Entalpia de fusión
 Pesar el vaso de tecnopor chico y colocarlo dentro del grande
 Verter 100ml de agua destilada en el vaso pequeño
 Medir la temperatura del agua
 Colocar hielo en un vaso de precipitados de 150ml
 Secar el hielo con una toalla de papel y transferir el vaso de tecnopor con agua
 Agitar la mezcla usando el termómetro
 Cuando todo el hielo se haya fundido medir la temperatura
 Pesar el vaso de tecnopor con la mezcla agua-hielo fundido
2. Entalpia de disolución. Se medirá el cambio de temperatura al disolver dos compuestos
iónicos distintos para determinar si el calor de hidratación es mayor, menor o igual a la
energía de la red cristalina.

6. Materiales
 Dos tubos de ensayo con tapón
 Agua destilada
 Termómetro
 Probeta de 10ml
Reactivos
 Cloruro de amonio
 Cloruro de litio
Técnica
 Colocar 3gr de cloruro de litio en un tubo de ensayo
 Agregar 15ml de agua
 Tapar el tubo y aguardo vigorosamente hasta que se disuelva completamente
 Medir la temperatura
 En otro tubo de ensayo colocar 3gr de cloruro de amonio
 Agregar 15ml de agua destilada
 Tapar el tubo y agitarlo vigorosamente hasta que se disuelva
 Medir la temperatura
3. Entalpia de reacción. Se determinará las entalpias de las reacciones de neutralización.
Materiales
 Dos tubos de ensayo
 Termómetro
 Dos vasos de. Precipitados de 80ml
 Agitador de vidrio
 Pipeta de 10ml
 Espátula
 Probeta de 50ml
Reactivos
 Agua
 Ácido clorhídrico concentrado
 Hidróxido de sodio
Técnica
 En un vaso de precipitados colocar 30ml de agua destilada
 En la campana agregar gota a gota y agitando 4ml. de HCl concentrado. Esta
será la solución I).
 Si el vaso se calienta mucho esperar unos minutos antes de seguir agregando el
HCl
 Pesar 4gr de NaOH
 Disolverlos en 30ml de agua destilada. (Está será la solución II)
 En uno de los tubos mezclar 5ml. de la solución I y 5ml. de la solución II

7.  Medir la temperatura y anotarla
 En otro tubo mezclar 5ml de la solución I y 10ml de la solución II
 Medir la temperatura y anotarla
 En otro tubo mezclar 10ml de la solución I y 10ml de la solución II
 Medir la temperatura y anotarla
4. Entalpia de mezclado
Materiales
 Dos probetas de 25ml
 Una probeta de 50ml
 Termómetro
 Agitador de vidrio
Reactivos
 Metanol
 Agua destilada
Técnica
 Medir 25 ml. De agua en cada una de las probetas de 25ml.
 Vaciar el contenido de las dos probetas en la probeta de 50 ml bien seca. Observar y
anotar el volumen del agua en la probeta de 50 ml
 Secar las probetas de 25 ml y en una de ellas medir 25 ml de agua y en el otro 25 ml de
metanol. Medir su temperatura.
 Vaciar el contenido de las dos probetas en la probeta de 50 ml bien seca medir la
temperatura de la mezcla y anotar el volumen si no es el mismo que el del punto 3
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
 En la primera parte de la práctica se halló la entalpia de fusión, teniendo como fórmula para
hallar dicha entalpia de fusión a: ∆𝐻𝑓 = ( 𝑚 𝑤 + 𝑚ℎ)∆𝑇. 𝐶 𝑤
El resultado que se obtuvo en la práctica fue de ∆𝐻𝑓 = −9.617016048 𝐽
 En la segunda parte de la práctica se halló la entalpia de disolución, en la cual se hizo dos
experimentos, en el primero se usó 15 gr de agua con 3gr de ClLi y en la segunda se usó
15 gr de agua con 3 gr de cloruro de amonio. En cada experimento se obtuvo una variación
de temperatura diferente en cada caso. La fórmula usada para hallar la entalpia de
disolución es : ∆𝐻 𝑑 = 𝑚. 𝐶 𝑝.∆𝑇
En la primera parte utilizando el ClLi dio como resultado: ∆𝐻 𝑑 = 22697.9834 𝐽
En la segunda parte utilizando el NH4Cl dio como resultado ∆𝐻 𝑑 = 20408.225 𝐽

8. DISCUCIONES:
o Algunos resultados salieron con signo negativo como es el caso de la primera parte
de la práctica que nos dio por resultado ∆𝐻𝑓 = −9.617016048 𝐽, esto nos indica que
se libero energía al bajar de temperatura.
o En el caso de la practica donde se halla la entalpia de disolución utilizando ClLi,
hubo un aumento de temperatura considerable y el resultado fue de ∆𝐻 𝑑 =
22697.9834 𝐽, indicando que aquí se ganó energía por eso el resultado es positivo,
al igual que la parte utilizando el NH4Cl dio como resultado ∆𝐻 𝑑 = 20408.225 𝐽
CONCLUSIONES
Los procesos endotérmicos o exotérmicos dependen de si ganan energía o si pierden, en la
práctica hubo casos en los cuales se perdió temperatura y por consiguiente también energía
por lo tanto el resultado de su entalpia es negativa, también hubo un caso en el cual se ganó
temperatura por consiguiente se ganó energía dando como resultado de su entalpia positiva.
ASPECTOS A CONSIDERAR
1. En el experimento I:
a. ¿De qué elementos consta el sistema?
• 1 vaso chico de tecnopor y un vaso grande de tecnopor.
• Agua destilada
• Vaso de precipitados de 150 ml
• Hielo
• Termómetro
• Toalla de papel
• Balanza analítica
b. Describir si la fusión del hielo es un proceso exotérmico o endotérmico.
La fusión es un proceso que requiere de energía para realizarse por lo que
la fusión del hielo observada en clases es un proceso endotérmico. (4)
2. Escribir si la disolución del cloruro de litio es un proceso exotérmico o
endotérmico.
a. Explicar por qué en cada caso
Utilizando el ClLi dio como resultado: ∆𝐻 𝑑 = 22697.9834 𝐽 es un proceso altamente
exotérmico por el valor de su entalpia.
Utilizando el NH4Cl dio como resultado ∆𝐻 𝑑 = 20408.225 𝐽 en este caso también se
puede afirmar lo mismo es un proceso altamente exotérmico

9. 3. Escribir la reacción química que se lleva a cabo en el experimento III.
a. Si la reacción es la misma en los tres casos, ¿por qué el cambio de entalpia
no es el mismo en los tres casos?
𝐻20 + 𝐻𝐶𝑙 + 𝑁𝑎( 𝑂𝐻) → 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 2𝐻20
La entalpia es diferente en los tres casos por las concentraciones presentes
en los tubos de ensayo siendo en uno la concentración del ácido mayor que
la de la base, en el otro tubo son iguales y en el último tubo ocurre lo inverso
al primero.
4. En el experimento IV ¿estamos tratando un proceso exotérmico o
endotérmico?
a. ¿El volumen de la mezcla metanol agua es igual al volumen del agua y del
metanol antes de mezclarlos? Si no es así, explicar por qué
Para el caso del alcohol (metanol) en agua, los puentes de hidrógeno que se
forman entre soluto y solvente son relaciones de más alta energía que las
que tienen las moléculas de agua y alcohol por aparte. Por eso la disolución
libera energía en forma de calor, también en cuanto a sus volúmenes se
reducen aunque no sean apreciables al ojo humano. (5)
BIBLIOGRAFÍA E INFORMATOGRAFÍA
1. http://curiosidades.batanga.com/4383/la-primera-ley-de-la-termodinamica
2. http://oxidodebario.blogspot.com/2012/04/reacciones-exotermicas-y-
endotermicas.html
3. http://www.madrimasd.org/cienciaysociedad/feria/publicaciones/Feria6/2/IES_Butarqu
e.pdf
4. (2012,06).ProcesosExotermicosYEndotermicos.BuenasTareas.com.Recuperado06, 2012,
de http://www.buenastareas.com/ensayos/Procesos-Exotermicos-y-
Endotermicos/4614156.html
5. Brown, T.; LeMay, H.; Bursten, E.; Murphy,C. Química la ciencia central,
Decimoprimeraedición; Pearson: México D.F., 2009.
Timberlake, K.; Timberlake,W. Química, Segunda Edición;Pearson: México D.F., 2008.

10. ANEXOS
Figura1: Medición de 3gclorurode litio y
clorurode amonio
Figura2: Mediciónde 15ml de agua.
Figura3: Medición de la temperatura inicial.
Figura4: Hacerla reacciónde clorurode litio
conagua y clorurode amonio conagua.
Figura5: Medición de la temperatura final
después de la reacción.