PREVIO Entalpía De Fusion

1. Definir Entalpia y la variación de entalpia de un proceso

La entalpía es la cantidad de energía calorífica de una sustancia.

En una reacción química, si la entalpía de los productos es menor que la de los reactantes se libera calor y decimos que es una reacción exotérmica. Si la entalpía de los productos es mayor que la de los reactantes se toma calor del medio y decimos que es una reacción endotérmica. El cambio de entalpía se denomina ΔH y se define como:

ΔH = Hproductos - Hreactantes

La entalpía de formación (ΔHf0) es la variación de energía calorífica en la reacción de formación de un mol de un compuesto a partir de sus elementos en sus fases estándar en condiciones depresión y temperatura estándar ambientales (TPEA), que son temperatura de 298 K (25 ºC) y presión de 100 kPa (∼ 1 atm.).

La entalpía de formación de un elemento es cero por definición.

2. Investigar como se determina la constante del Calorímetro y para que sirve

Antes de utilizar un calorímetro es necesario conocer el valor de su constante (Ck). Se denomina constante del calorímetro a la cantidad de calor absorbida o liberada por las distintas partes del mismo (paredes internas, termómetro, tapa) cando se aumenta o se disminuye, respectivamente, su temperatura en 1 °C.

Durante todas las experiencias las medidas deben realizarse con un volumen de líquido constante ya que, si este varía, cambiará la constante del calorímetro (¿por qué?).

Para realizar la determinación se coloca dentro del calorímetro una masa conocida de agua (m1) y se determina su temperatura inicial (T1). Se agrega otra masa conocida de agua (m2) a una temperatura conocida (T2). Se determina la temperatura final del sistema (Tf) y se calcula la constante del calorímetro a partir de la siguiente relación (que se obtiene considerando que el calorímetro es un recipiente adiabático):

m1.Cp.(Tf – T1) + Ck.(Tf – T1) + m2.Cp.(Tf – T2) = 0

donde Cp es la capacidad calorífica del agua 4,184 J g-1 °C-1).

Para realizar la determinación se emplearán dos termómetros de escalas adecuadas: uno de 0 - 50 °C graduado cada 0,1 °C (que nunca debe ser expuesto a una temperatura mayor que 50 °C porque se rompe) y el termómetro del cajón (0 - 250 °C). Para calibrar dichos termómetros se los sumerge en un vaso de precipitados con agua a temperatura ambiente. Se emplea un termómetro como patrón y se adopta como corrección para el segundo termómetro la diferencia de lecturas observadas entre ambos. Usar el termómetro más preciso como patrón.

Calentar 50 mL de agua en un vaso de precipitados previamente pesado. Cuando la temperatura alcance un valor aproximado de 60 °C (controlar la temperatura con el termómetro adecuado), volcar el agua en el calorímetro y tapar. Pesar nuevamente el vaso de precipitados y obtener por diferencia la masa de agua agregada. Controlar la temperatura con el termómetro de 0-250 °C y, cuando se verifique que la temperatura es de 50 °C o un par de grados menor, cambiar el termómetro por el de 0 - 50°C. Manteniendo siempre el calorímetro tapado medir la temperatura cada 30 segundos y graficarla en función del tiempo (el gráfico debe tener una pendiente constante). A los 4 o 5 minutos, utilizando una vaso tarado, se agregan aproximadamente 50 mL de agua a temperatura ambiente. Para ello, se introduce un embudo a través de la tapa del calorímetro, en el orificio preparado para tal fin, y se vierte el líquido lo más rápidamente posible. Una vez concluido el agregado, se retira el embudo de la tapa (la ranura de goma se cierra disminuyendo la pérdida de calor) y se agita suavemente efectuando movimientos circulares con el calorímetro, sin levantarlo de la mesada. A continuación, se pesa nuevamente el vaso para conocer la masa de agua volcada por diferencia.

Importante: antes de introducir el agua en el calorímetro debe registrarse la temperatura de la misma con el termómetro de 0-250 °C, pues este será el valor de T2 que se empleará para los cálculos, y el tiempo al cual se realiza el agregado, ta, ya que este valor se empleará para extrapolar del gráfico el valor de T1 . Una vez agregada el agua se sigue registrando la temperatura cada 30 segundos hasta obtener una pendiente constante, estos datos se emplearán para obtener, por extrapolación, el valor de la temperatura final del sistema: Tf.

3. Investigar los métodos para determinar cambios de entalpia durante un proceso

La termoquímica estudia los cambios energéticos ocurridos durante las reacciones químicas. El calor que se transfiere durante una reacción química depende de la trayectoria seguida puesto que el calor no es una función de estado. Sin embargo, generalmente las reacciones químicas se realizan a P=cte o a V=cte, lo que simplifica su estudio. La situación más frecuente es la de las reacciones químicas realizadas a P=cte, y en ellas el calor transferido es el cambio de entalpía que acompaña a la reacción y se denomina "entalpía de reacción". La entalpía es una función de estado, luego su variación no depende de la trayectoria.

• Las reacciones donde la variación de entalpía es positiva (calor absorbido en la reacción) son llamadas reacciones endotérmicas, mientras que aquellas cuya variación de entalpía es negativa (calor cedido por el sistema durante la reacción) son llamadas reacciones exotérmicas.

• Si la reacción endotérmica se realiza en un sistema de paredes adiabáticas, como consecuencia de la reacción se produce una disminución en la temperatura del sistema. Si la reacción es exotérmica y se realiza en un recipiente de paredes adiabáticas, la temperatura final del sistema aumenta.

• Si las paredes del sistema son diatérmicas, la temperatura del sistema permanece constante con independencia de la transferencia de energía que tiene lugar debido al cambio en la composición.

Cambios de entalpía estándar de reacción

Para estudiar desde un punto de vista termodinámico una reacción química, se considera que el estado inicial lo constituyen los reactivos puros y separados, y el estado

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