DETERMINACIÓN DE LA ENTALPÍA MOLAR DE DISOLUCIÓN (∆H_sn) Y ENTROPÍA DE UNA MEZCLA BINARIA (∆S_m).

PRÁCTICA 1. DETERMINACIÓN DE LA ENTALPÍA MOLAR DE DISOLUCIÓN (∆H_sn) Y ENTROPÍA DE UNA MEZCLA BINARIA (∆S_m).

Introducción

Esta metodología permite los análisis laboratoriales de los procesos de:

Determinación de la entalpía (∆H_sn) y la entropía de una mezcla binaria (∆Sm).

Determinación de la constante gases (R).

Cinética de la descomposición del Tiosulfato de sodio por medio del ácido clorhídrico (HCl).

Adsorción de soluciones acuosas de ácido acético en suelos y carbón activado.

Mentefacto ó diagrama conceptual

Materiales y métodos

Calorímetro.

Vaso Beaker de 150 mL.

Probeta graduada de 100mL.

Termómetro.

Balanza analítica.

Materiales y equipos requeridos

Materiales

Cant. Descripción

1 Calorímetro (vaso Dewar, termo o recipiente de icopor)

2 Vaso Beaker de 150 mL.

1 Probeta graduada de 100 mL.

1 Termómetro.

1 Balanza analítica.

1.2 Reactivos a utilizar

Reactivo Fórmula Concentración

Hidróxido de sodio NaOH 1M

Agua de río Industrial Residual

Agua destilada H2O Pura.

1.3 Procedimiento

1 Calibración del calorímetro.

En un Beaker calentar 100 mL de agua hasta alcanzar 80°C (T_1).

1.3 Procedimiento

Calibración del calorímetro:

Lavar y secar el vaso Dewar (dejarlo secar al aire libre para que tome la temperatura ambiente), pesarlo en la balanza y registrar como: m_c.

En un Beaker calentar 100 mL de agua hasta alcanzar 80°C (T_1).

Alistar 100 mL de agua en otro Beaker, medir su temperatura (T) y adicionarla al calorímetro o vaso Dewar, taparlo y tomar lecturas de la temperatura del agua cada minuto, durante 5 minutos, hasta que permanezca constante, registrar como T_o.

Después de transcurrido este tiempo, agregar los 100 mL de agua que están a 80°C, tapar inmediatamente el vaso Dewar, agitar y leer la temperatura de la mezcla cada minuto durante 5 minutos, verificando que la temperatura de equilibrio, permanece constante; registrar este último valor como : T_eq.

1.3.1 En campo:

Protección biológica.

Lugar Caño Parrado, afluente del Río Guatiquía en su desembocadura.

Se toman 3 muestras en frascos de vidrio ámbar estériles (superficial, prof. media, profunda).

1.3.2 En Laboratorio.

Tabla 1. Calibración del calorímetro.

Sustancia Temperatura

T T_1 T_o T_eq

Agua (ambiente)

Agua caliente

Mezcla

Calorímetro m_c=

CÁLCULOS:

A partir de las temperaturas T y T1 y utilizando la siguiente ecuación:

d=(30,0658-7,48*〖10〗^(-3) T)/30*g/mL

d: Densidad de las masas de agua utilizadas en la mezcla.

Teniendo en cuenta el volumen de agua adicionado al calorímetro y la densidad, hallar la masa en gramos de cada muestra, registrar así: m1 para el agua a temperatura ambiente (T) y m_2 para el agua caliente (T_1).

Con base en la ecuación de balance de calor: Q_ganado-Q_cedido=0, de donde:

Q_ganado: Es el calor del calorímetro y la masa de agua a temperatura ambiente.

Q_cedido: Calor perdido por la masa de agua caliente.

Entonces: m_c C_e (T_eq-T_o )+m_1 C_H2O (T_eq-T_o )=-m_2 C_H2O (T_eq-T_1), luego:

.∴ C_e=(-C_H2O [m_2 (T_eq-T_1 )+m_1 (T_eq-T_o)])/(m_c (T_eq-T_1))

Con el valor de Ce y la masa del calorímetro, calcular su capacidad calorífica C.

Calor específico de una muestra de agua industrial, agrícola o pecuaria u otras.

Lavar y secar el vaso Dewar (dejarlo secar al aire libre para que tome la temperatura ambiente), pesarlo en la balanza y registrar como : mc

En un Beaker calentar 100 mL de agua destilada, hasta alcanzar 80°C (T1).

Alistar 100mL de la muestra de agua industrial, pecuaria o agrícola, en otro

Beaker, medir su temperatura (T) y adicionarla al calorímetro o vaso Dewar, taparlo y tomar lecturas de la temperatura del agua cada minuto, durante 5 minutos, hasta que permanezca constante, registrar como T0.

Después de transcurrido este tiempo, agregar los 100mL de agua que están a 80°C, tapar inmediatamente el vaso Dewar, agitar y leer la temperatura de la mezcla cada minuto durante 5 minutos, verificando que la temperatura de equilibrio, permanece constante; registrar este último valor como : Teq

Tabla 2. Calor específico de una muestra de agua industrial.

Sustancia Temperatura (°C)

T T_1 T_o T_eq

Agua (ambiente)

Agua caliente

Mezcla

Calorímetro m_c=

CÁLCULOS.

A partir de las temperaturas T y T_1 y utilizando la siguiente ecuación, calcular la densidad de las masas de agua utilizadas en la mezcla:

d=(30,0658-7,48*〖10〗^(-3) T)/30*g/mL

d: Densidad de las masas de agua utilizadas en la mezcla.

Teniendo en cuenta el volumen de agua adicionado al calorímetro y la densidad, hallar la masa en gramos de cada muestra, registrar así: m_1 para el agua a temperatura ambiente (T) y m_2 para el agua caliente (T_1).

Con base en la ecuación de balance de calor: Q_ganado-Q_cedido=0, de donde:

Q_ganado: Es el calor del calorímetro y la masa de agua a temperatura ambiente.

Q_cedido: Calor perdido por la masa de agua caliente.

Entonces: m_c C_e (T_eq-T_o )+m_1 C_m (T_eq-T_o )=-m_2 C_H2O (T_eq-T_1), luego:

. ∴C_m=(-[m_2 C_H2O (T_eq-T_1 )+ m_c C_e (T_eq-T_o )])/(m_1 (T_eq-T_o ) )

Entalpía molar de disolución del hidróxido de sodio en agua.

Alistar el calorímetro, lavar y secar

Pesar exactamente en un vidrio de reloj 2,0 g de NaOH (anotar como mNaOH), medir su temperatura: T_1.

Adicionar 200mL de agua destilada al calorímetro, taparlo e inmediatamente registrar la temperatura del sistema cada minuto durante 5 minutos, hasta que permanezca constante (T_o), anotarla en su tabla de datos.

Después de transcurrido este tiempo, agregar el NaOH rápidamente al calorímetro utilizando una varilla de vidrio, tapar inmediatamente el vaso Dewar, agitar vigorosamente y leer la temperatura de la mezcla cada minuto durante 10 minutos, verificando que el sistema alcance la temperatura de equilibrio permaneciendo constante ; registrar este último valor como : Teq, en su tabla de datos.

Desocupar, lavar y escurrir el calorímetro.

Tabla 4. Materiales e indicadores.

Material Indicadores

C M ∆H_sn ∆S_m

Calorímetro

〖NaOH〗_aq

Tabla 3. Entalpía molar de disolución de NaOH hidratado.

Sustancia Temperatura (°C)

T T_1 T_o T_eq

Agua (ambiente)

Agua caliente

Mezcla

Calorímetro m_c=

CÁLCULOS.

A partir de las temperaturas T y T_1 y utilizando la siguiente ecuación, calcular la densidad de las masas de agua utilizadas en la mezcla:

d=(30,0658-7,48*〖10〗^(-3) T)/30*g/mL

d: Densidad de las masas de agua utilizadas en la mezcla.

Teniendo en cuenta el volumen de agua adicionado al calorímetro y la densidad, hallar la masa en gramos de cada muestra, registrar así: m_1 para el agua a temperatura ambiente (T) y m_2 para el agua caliente (T_1).

Con base en la ecuación de balance de calor: Q_ganado=-Q_cedido=Q_sn, de donde:

Q_ganado: Es el calor del calorímetro y la masa de agua a temperatura ambiente (T_o).

Q_cedido: Calor desprendido por efecto de la disolución del NaOH y se tiene que:

Q_sn=-[C(T_eq-T_o )+m_NaOH C_H2O (T_eq-T_1)].

El calor cedido en el proceso hará que aumentará la temperatura del agua, del calorímetro y del propio NaOH. La aproximación que se hace es considerar el calor específico del hidróxido similar al del agua (CH_2 O=1cal/(°C)*g=4,18J/(g*°C)).

Teniendo en cuenta el valor hallado de Q_sn y el número de moles de Hidróxido de sodio adicionado al calorímetro, calcular la entalpía molar de disolución , así:

∆H_sn=Q_sn/n_NaOH

Calcular la molaridad (M) de la disolución estudiada.

Compara el valor obtenido con lo reportado en literatura y calcular el porcentaje de error. Analizar las posibles causas de error.

Con base en la información de los numerales anteriores, determinar la entropía de la mezcla, según la ecuación: ∆S_m=2,303*n_NaOH C_sn*log T_eq/T_o .

1.3.3. Diagrama de Flujo

Tabla de datos

Sustancia Temperatura

T T_1 T_o T_eq

Agua (ambiente)

Agua caliente

Mezcla

Calorímetro m_c=

Resultados esperados:

Leche caliente a 50°C y leche a 10°C. Mezclar.

300mL de consomé salado a 85°C, agregarle 100mL de agua a 10°C.

Una taza de agua panela caliente, agregarle leche al clima.

Glosario:

Capacidad calorífica: propiedad extensiva de las sustancias en la cual se requiere elevarle 1°C.

Vaso Dewar: es un termo en el cual se conservan las sustancias a determinada temperatura.

Entalpía

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