Ejercicios de química resueltos. Termoquímica. Capacidad calorífica y calor específico. Brown 15ed. 5.82

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(a) ¿Qué sustancia en la Tabla 5.2 requiere la menor cantidad de energía para incrementar la temperatura de 50,0 g de dicha sustancia en 10 K? (b) Calcula la energía necesaria para ese cambio de temperatura.

Etapa analítica

Iniciemos con la tabla 5.2.

Según el teorema Calor en función del calor específico, si mantenemos la masa y la diferencia de temperatura constantes, el calor transferido es directamente proporcional al calor específico. Por lo tanto, para transferir la menor cantidad de calor, basta con elegir la sustancia que posea el calor específico más bajo. Un ejemplo de ello es el mercurio líquido, que se destaca por esta propiedad.

Etapa numérica por teoremas

Mediante teoremas, un cálculo repetitivo puede simplificarse con atajos. En este caso, el primer atajo consiste en calcular una constante que resulta del producto de la masa por la diferencia de temperatura.

Si multiplicamos las unidades del calor específico (J/g⋅K) por las de nuestra constante (que es el producto de la masa y la diferencia de temperatura, g⋅K), las unidades de gramos (g) y Kelvin (K) se cancelan. El resultado es, efectivamente, Julios (J), la unidad de energía, lo que valida nuestra formulación.

Con la validez de las unidades confirmada, estamos listos para la etapa operativa. Para presentar la información de una manera científicamente elegante y sistemática, procederemos a resolver el ejercicio organizando los datos clave en una tabla.

Este formato nos permitirá no solo registrar los valores de manera ordenada, sino también visualizar las relaciones entre las variables y realizar los cálculos de forma transparente, minimizando errores. A continuación, se presenta la tabla para que podamos completar los datos y obtener los resultados finales.

Etapa numérica por factores de conversión

Por factores de conversión procederemos de igual forma a calcular la constante.

Pero deberemos operar manualmente.

Referencias

Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2022). Chemistry: The central science (15th ed.). Pearson.