Entalpía De Combustión

Práctica 1

Entalpía de combustión (equipo Phywe)

Objetivos

C

on esta práctica, el alumno determinará el calor de combustión a volumen constate de sustancias sólidas, aplicando el método calorimétrico, además podrá calcular el calor de combustión a presión constante, mediante la corrección del calor de reacción a volumen constante.

Introducción

L

a termoquímica es una expresión de la primera ley de la termodinámica aplicada a las reacciones químicas, ya que trata básicamente de la conversión de energía química en energía térmica o calor. Esto es; estudia la transformación de una forma de energía en otra, como lo establece la ley de conservación de la energía, en el sentida que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

Toda reacción química es un fenómeno químico; en donde cambia la estructura molecular de los reactivos al transformarse en productos, existiendo una liberación o absorción de energía en forma de calor. Por lo que a las reacciones que liberan calor se les llama exotérmicas, y a las que absorben calor, endotérmicas.

En las reacciones de combustión, si cualquiera de los reactivos o productos de la reacción calorimétrica es gaseoso, es necesario realizar la reacción en una bomba hermética. En estas condiciones, el sistema se encuentra inicial y finalmente a volumen constante en lugar de mantenerse a presión constante. El calor de reacción medido a volumen constate es igual a un aumento de la energía y no de entalpía.

Q_r=∆U

La variación correspondiente de estado sería:

R(T,V,p)→P(T,V,p^' )

En donde se representas los reactivos en condiciones iniciales y en condiciones finales. Aquí, la temperatura y el volumen permaneces constantes, pero la presión puede cambiar durante la transformación.

Al relacionar la energía de la ecuación, con la entalpía correspondiente, en condiciones iniciales y restando las condiciones finales podemos obtener:

∆H=∆U+(p^'-p)V

Pero las presiones inicial y final se determinan en la bomba a partir del número de moles de gases presentes inicial y finalmente, en donde “n” sería el número total de moles de los reactivos gaseosos y productos gaseosos de la reacción, entonces la ecuación quedaría:

H=∆U+(n_p-n_r )RT

H=∆U+∆nRT

Estrictamente hablando, la entalpía de la ecuación es la entalpía para una transformación a volumen constante. Para convertirla en el valor apropiado para una transformación a presión constante, hay que sumarle la variación de entalpía al proceso, para esta variación de presión a temperatura constante, la variación de entalpía es aproximadamente cero y exactamente cero si solo se trata con gases ideales. Así, mediante efectos prácticos, la entalpía de la ecuación es igual a la entalpía para procesos a presión constante, mientras que la energía se refiere a la transformación a volumen constante, con bastante aproximación, la ecuación se puede interpretar como:

Q_r=Q_v+∆nRT

Para esta práctica, también se involucra la calorimetría, que es la que se encarga de la realización precisa y exacta de mediciones calorimétricas en dispositivos llamados calorímetros.

Las mediciones de los calores de reacción a presión constante Qp y ΔH se llevan a cabo en vasos aislados térmicamente bajo condiciones de presión constante y las determinaciones de calores de reacción a volumen constante Qv y ΔU en combas calorimétricas.

El balance térmico que se desarrolla, y que corresponde a la liberación de calor, principalmente, por la reacción de combustión es:

Q_agua+Q_calorimetro=-(Q_(v(combustión))+Q_alambre+Q_(form. ac. nítrico) )

Marco teórico

Para los cálculos termoquímicos se ocupan dos leyes básicas:

Ley de Lavoisier-Laplace. Que establece que el calor necesario para descomponer un compuesto en sus elementos libre en su forma más estable, es el mismo calor que se libera al formar dicho compuesto a partir de sus elementos en su forma más estable.

NH_(3(g))→1/2 N_(2(g))+3/2 H_(2(g)) ∆H=46 KJ⁄mol

1/2 N_2(g) +3/2 H_(2(g))→NH_(3(g)) ∆H=-46 KJ⁄mol

Si una reacción es endotérmica en una reacción directa, será exotérmica en la reacción inversa como se puede ver en el ejemplo anterior.

Ley de Hess. Esta ley establece que el calor de una reacción en particular es independiente del número de pasos seguidos para obtenerla; o bien, estable que el calor de una reacción global es igual a la suma de los calores de las ecuaciones parciales utilizadas para obtener la ecuación global.

En la ley de Hess se establece que la entalpía de una reacción es independiente de la trayectoria seguida, y esto se debe a que la entalpía es una propiedad puntual que no depende de la trayectoria seguida, si no únicamente de las condiciones finales e iniciales. Para una reacción en donde las condiciones iniciales son los reactivos y los finales son los productos, solo es necesario conocer el contenido calorífico molar, entalpía molar o calor de formación molar que es una propiedad intensiva de cada sustancia que al multiplicarse por la cantidad en moles con que participan en la reacción nos da la entalpía de cada sustancia y consecuentemente la entalpía total de reactivos y productos.

Como los calores de formación para la mayoría de las sustancias están reportadas a las llamadas condiciones tipo que correspondes a la temperatura de 25°C y a presión de un bar.

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