Determinación del calor de combustión del naftaleno (ácido benzoico)

1. Objetivo general:

Determinación del calor de combustión del naftaleno (ácido benzoico) utilizando un calorímetro adiabático de volumen constante.

2. Objetivos específicos:

Operar correctamente un calorímetro adiabático a volumen constante, que trabaja con una bomba de oxígeno a altas presiones.

Formular el balance de energía correcto sobre el sistema, para la determinación del calor de combustión.

Determinar el calor de combustión de un compuesto sólido (Naftaleno).

3. Marco teórico:

Calor estándar o normal (Hg): Calor liberado al quemar la unidad másica o molar de un compuesto orgánico con superficie de oxígeno, para oxigenarlo completamente, midiéndose en condiciones normalizadas de presión (1 atm) y temperatura de (25C). A continuación la ecuación termodinámica que se va a estudiar (para la calibración de la bomba calorimétrica):

C6H5COOH(s) + 7.5 O2 (g) ⟶ 7 CO2 (g) + 3H2O (L); a T=25C y V=cte.

El calor de combustión se determina llevando a cabo la reacción adiabáticamente en una bomba de calorimetría, a volumen constante, con suficiente oxigeno y condiciones normalizadas de forma tal, que el agua al finalizar la experiencia se encuentre en fase líquida.

Principio de operación: Es el mismo de todas las bombas calorimétricas. Una muestra pesada es quemada en una bomba de oxígeno que está contenida en una cantidad medida de agua en una chaqueta térmica aislante, observando el aumento de temperatura del agua y conociendo la energía equivalente del calorímetro puede ser calculada la cantidad, de calor desprendida por la muestra. (para conocer la energía equivalente del calorímetro debe calibrarse primero usando para este caso ácido benzoico ó según lo indique el instructor)

Reacción endotérmica: Es reacción química que absorbe energía. Casi todas las reacciones químicas implican la ruptura y formación de los enlaces que unen los átomos. Normalmente, la ruptura de enlaces requiere un aporte de energía, mientras que la formación de enlaces nuevos desprende energía. Si la energía desprendida en la formación de enlaces es menor que la requerida para la ruptura, entonces se necesita un aporte energético, en general en forma de calor, para obtener los productos. Por ejemplo el nitrato de potasio sólido está formado por iones potasio y nitrato unidos entre sí. (los iones se forman cuando los átomos o moléculas ganan o pierden electrones). Cuando el nitrato de potasio se disuelve en agua, la ruptura de enlaces absorbe calor de la misma sustancia y del agua, por lo que la temperatura del sistema baja.

Algunas reacciones endotérmicas necesitan más energía de la que puede obtenerse por absorción de calor de los alrededores a temperatura ambiente. Por ejemplo, para transformar el carbonato de calcio en óxido de calcio y dióxido de carbono es necesario calentar. Cuando en una reacción endotérmica una sustancia absorbe calor, su entalpía aumenta (la entalpía es una medida de la energía intercambiada entre una sustancia y su entorno).

Reacción exotérmica: Es reacción química que desprende energía. Por ejemplo, la reacción de neutralización de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio desprende calor, y a medida que se forman los productos, cloruro de sodio (sal) y agua, la disolución se calienta. Las reacciones exotérmicas se ha utilizado durante miles de años, por ejemplo, en la quema de combustibles. Cuando se quema carbón tienen lugar varias reacciones, pero el resultado global es que los átomos de carbono del carbón se combinan con el oxígeno del aire para formar dióxido de carbono gas, mientras que los átomos de hidrógeno reaccionan con el oxígeno para producir vapor de agua. La redistribución de los enlaces químicos desprende gran cantidad de energía en forma de calor, luz y sonido. Aunque para la ruptura de los enlaces entre el carbono y el hidrógeno se requiere energía calorífica, ésta es mucho menor que la que se desprende cuando estos dos elementos se combinan con el oxígeno. Esto hace que la reacción global sea exotérmica. Los combustibles fósiles, como el gas natural y el petróleo, contienen un porcentaje muy alto de carbono. Cuando se queman, experimentan reacciones muy exotérmicas debido a que las moléculas que los constituyen se rompen para formar dióxido de carbono y agua. Estos combustibles no siempre se queman de un modo totalmente eficaz, sino que a veces se desprende menos calor del que debería, y se producen productos secundarios como hidrocarburos parcialmente quemados y el gas tóxico monóxido de carbono. Estas sustancias todavía contienen energía que podría desprenderse si se quemaran de nuevo. Cuando una sustancia desprende energía disminuye la entalpia

4. Materiales y equipos:

Materiales Equipos

Pastilla

(ácido benzoico, naftaleno) Bomba de

oxígeno

Alambre de

ignición calorímetro

Agua destilada Termómetro

Gas de la bomba

(oxigeno) Cronómetro

Solución jabonosa Balón

aforado de 1L

Anaranjado de

metilo

Carbonato de

sodio

5. Procedimiento experimental:

Pese 1 gramo de la muestra (pastilla) o menos, con precisión de 0.1mg y luego colóquela

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