Parte de un informe de lab: Termoquímica

RESUMEN

La Termoquímica es la rama de la fisicoquímica que estudia los cambios térmicos que ocurren durante un proceso físico o químico. Esta práctica estuvo basada en el estudio de los fenómenos presentes en los cambios térmicos de dichos procesos. Como estos cambios ocurren por variación de temperatura, esa fue la variable principal que se midió. Esto sirvió de base para desarrollar los objetivos específicos. El primero de ellos era determinar la constante calorimétrica de un calorímetro de aluminio, la cual resultó ser de 4,3561 cal/°c. Y haciendo uso de ella, se determinaron los calores de formación de tres reacciones que involucraban al agua, al NaOH y al HCl, con el propósito de  comprobar la Ley de Hess. El error cometido en dicha comprobación fue de 54%. Finalmente, los calores de solidificación para la parafina fueron evaluados en tres casos (usando el mismo calorímetro), arrojando los siguientes resultados: -33023.4639, -18743.4502 y 69448.5589 cal/mol, respectivamente. Estos permitieron concluir que la entalpia tiene una relación lineal con la temperatura y una inversa con la cantidad de sustancia.

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN

1. OBJETIVO GENERAL

• Estudiar procesos químicos en los cuales se producen cambios térmicos.

1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Determinar la constante (Kc) de un calorímetro.

• Determinar el calor de reacción de algunas reacciones ácido-base y verificar la Ley de Hess.

• Determinar el calor de solidificación de una sustancia orgánica.

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

2.1. ANTECEDENTES

A continuación se presentan los antecedentes que corresponden a la revisión de otros trabajos efectuados que tienen pertinencia con el presente informe de laboratorio.

Recuay, E. (2006). “Termoquímica”. Informe de laboratorio presentado ante la Universidad Nacional Mayor de San Marcos. La finalidad del mismo era el estudio del cambio térmico que se produce en reacciones químicas. Para ello llevaron a cabo la determinación de la constante de un calorímetro y posteriormente calcularon el calor de neutralización para la reacción entre el hidróxido de sodio (NaOH) y el ácido clorhídrico (HCl) (ambos en estado acuoso), el cual fue de -11,59 Kcal/°C.

Carias, A., y otro. (2013). “Termoquímica”. Reporte de laboratorio presentado ante la Universidad de Oriente. Este estuvo basado en el estudio del calor de reacción que es absorbido o liberado por reacciones químicas. Para llevar a cabo eso, calcularon la constante del calorímetro (de aluminio) que implementaron y obtuvieron un valor de 4,54 cal/°C que les sirvió de base para determinar los calores de reacción para el HCl y el NaOH y el de solidificación para la parafina.

2.2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS.

        Todo cambio químico conlleva variación energética, generalmente bajo la forma de calor y es así como hay reacciones que absorben calor y otras reacciones que lo desprenden. Estas variaciones energéticas se dan con una intensidad que puede ser cantidad apreciable, moderada o muy imperceptible a nuestros sentidos.

        La Termoquímica es la rama de la fisicoquímica que estudia los cambios térmicos que ocurren durante un proceso físico o químico. Aquellos procesos en lo que hay desprendimiento de calor se denominan exotérmicos, mientras que aquellos que requieren del suministro de calor reciben el nombre de endotérmicos. Todo cambio químico tiene su interpretación por medio de una ecuación química y si se indican los estados físicos de las especies químicas, y la energía calórica correspondiente, la ecuación es termoquímica y para poder efectuar los cálculos numéricos correctos, a la ecuación bajo estudio se le deben de aplicar las normas sobre estequiometria.

        La energía calórica está ligada a los procesos físicos y a los procesos químicos. Cuando el cambio que se presenta en el respectivo proceso no altera la composición química de las sustancias, se denominan transformación física o cambio de fase y es el que sucede cuando un sólido se funde (cambio de sólido a líquido) y cuando un líquido se solidifica (cambio de líquido a sólido).

        Por otra parte, cuando en el proceso se forman productos que tienen composición diferente a las sustancias iniciales, se llama trasformación química o reacción química.

2.3. CALOR DE REACCIÓN

Es el calor que se absorbe o se emite en una reacción química. Todas las reacciones químicas van acompañadas de un efecto calorífico. Este proceso puede ser medido a presión o a volumen constante, en el primer caso se mide la variación de energía interna y el trabajo:

(Qp =∆H),    (Ec-1)

en tanto que en el segundo caso sólo se mide la variación en energía interna:

(Qv =∆U). (Ec-2)

nótese

El calor de una reacción exotérmica tiene convencionalmente signo (-), y el de una reacción endotérmica signo (+).Los calores de reacción se miden en calorímetros a presión o a volumen constante. En ellos se aplica un balance de calor:

[pic 1]

Siendo,

[pic 2]

Donde:

m: masa de sustancia

Ce: calor específico de la sustancia.

∆T: cambio de temperatura de la sustancia.

Sin embargo, en la práctica se utilizan calorímetros para medir las temperaturas necesarias para determinar el calor de una reacción (también denotado como ∆Hr). Empleándose la siguiente ecuación si se conoce previamente la constante calorimétrica:

[pic 3]

Donde:

m: es la masa en gramos de la solución.

Cp: capacidad calorífica del agua (1cal/g °C)

Kc: constante calorimétrica

n: moles de reactivo limitante.

To: temperatura inicial de la solución

Tf: temperatura final de la solución.

2.3.1. Calor de neutralización.

El calor de neutralización es definido como el calor producido cuando un equivalente gramo de ácido es neutralizado por una base. El calor de neutralización tiene un valor aproximadamente constante en la neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte, ya que en esta reacción se obtiene como producto en todos los casos un mol de agua. La neutralización de una solución acuosa de HCl con una solución de NaOH puede ser representada por la siguiente ecuación:

[pic 4]

El calor de reacción teórico  (ΔHº25°C) puede calcularse a partir de  los respectivos calores de formación ΔHºf, a saber:

ΔHºf  NaOH (ac) =  -112,236 kcal

     ΔHºf  HCl (ac) = -40,023 kcal

     ΔHºf NaCl (ac) = -97,302 kcal

     ΔHºf  H2O (l) = 683,17 kcal

Aplicando:

ΔHº reacción = ∑ ΔHºf (productos)  -  ∑ ΔHºf  (reactivos)    a 25° C  (Ec-6)

Se tiene entonces:

ΔHº 25°C = [ (-97,302)  +  (-68,317) ]   -  [ (-112,236)  +  (-40,023) ]  =  -13.680 kcal.

2.4. LEY DE HESS

En termodinámica, la ley de Hess, propuesta por Germain Henri Hess en 1840, establece que: «si una serie de reactivos reaccionan para dar una serie de productos, el calor de reacción liberado o absorbido (∆Hr) es independiente de si la reacción se lleva a cabo en una, dos o más etapas», esto es, que los cambios de entalpía son aditivos:

[pic 5]

Equivalentemente, se puede decir que el calor de reacción sólo depende de los reactivos y los productos, o que el calor de reacción es una función de estado; en este sentido la ley de Hess es la aplicación a las reacciones químicas del primer principio de la termodinámica.

CAPÍTULO III

DESARROLLO DEL PROYECTO

3.1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

3.1.1. Constante del Calorímetro

Calentar 50 ml de agua hasta una temperatura aproximada de 50°C

Tomar 100 ml de agua fría y medir su temperatura

Verter el agua caliente en el agua fría mientras se agita la mezcla

Registrar la máxima temperatura alcanzada por la solución

NOTA: identificar el recipiente utilizado dado que será necesario para llevar a cabo los demás experimentos.

3.1.2. Calor de reacción ∆Hr

Para R3

Tomar 50ml de NaOH al 0,2516 M y de HCl al 0,2466 M

Medir la temperatura inicial de cada solución

Mezclar rápidamente los reactivos en el calorímetro

Agitar suavemente

Medir la máxima temperatura alcanzada después de la adición

NOTA: el procedimiento debe repetirse dos veces más. Para R1: disolver 1,0714 g de NaOH en 100ml de agua y para R2: disolver 1,0414 g de NaOH en 100 ml  de solución 0,2466 M de HCl

3.1.3. Calor de solidificación ∆Hs

Tomar un tubo de ensayo limpio y seco y pesarlo

Llenar un tercio del mismo con escamas de parafina de vela sólida

Determinar el peso del tubo con la parafina

Colocar el tubo en baño de María

Retirar del fuego cuando la vela esté completamente fundida

Dejar enfriar lentamente hasta que se produzca un ligero enturbiamiento

Sumergir el tubo en 100 ml de agua fría contenidos en el calorímetro (cuya T ya haya sido medida)

Medir la máxima temperatura alcanzada por el agua

3.2. DIAGRAMA DE EQUIPO

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