Práctica 1: Calor de Solución, Neutralización y Ley de Hess

Práctica 1: Calor de Solución, Neutralización y Ley de Hess

Gallardo Janine, Bacuy Evelyn, Ramos Erick, Hernández Nathaly, Leguisamo Daniel, Tamba William GR1

Laboratorio de Química Avanzada, Departamento de Formación Básica, Escuela Politécnica Nacional

Ing. Cristina Romero, miércoles 30 de noviembre de 2022, 11-13pm

Resumen– En la siguiente práctica se tiene como objetivo reforzar los conocimientos de termoquímica mediante la comprobación empírica  de la existencia de calores de disolución: abarcando los procesos exotérmicos y endotérmicos de las reacciones. Con ello, se buscó comprobar experimentalmente el calor involucrado en una reacción de neutralización; donde se verificó el cumplimiento de la ley de Hess. Finalmente, se obtuvo como resultado el calor de neutralización con un valor de -96.85 KJ/mol, donde tácitamente se observa la liberación de energía; al igual que se evidenció el cumplimiento teórico de los procesos de disolución, tanto endotérmico como exotérmico.

PALABRAS CLAVES: Calores de disolución, calor de neutralización, calorimetría, endotérmico, exotérmico.

I. Introducción

El calor de disolución se resume como la diferencia de entalpía que se obtiene en un sistema, cuando el soluto se disuelve con una determinada cantidad de solvente. Es importante resaltar que, este proceso se realiza bajo condiciones de presión y temperatura constantes (Chang, 2013).

Existen dos procesos de disolución, refiriéndose al endotérmico y exotérmico. Se dice que la variación de entalpía es positiva o mayor a cero cuando el proceso es endotérmico, y se requiere de energía del medio para formar la solución, de tal forma que provoca una disminución de temperatura del sistema.

Mientras que cuando la variación entalpia es negativa y menor a cero, se habla de un proceso exotérmico; en el cual existe una liberación de energía al medio, manifestándose en un aumento de temperatura del sistema. No obstante, se puede mencionar que el valor del calor (entalpía) dependerá de la concentración final que tenga la disolución (Levitt, 1979).

Para el estudio y análisis del Calor de Solución se han utilizado las siguientes relaciones y ecuaciones:

                      (1) [pic 1]

Donde:

∆Hs= Calor de Solución

ms= Masa de la solución

cps= Calor específico de la solución (se utilizó el del H2O)

∆T= Variación de Temperatura (Tf - To)

 %E                         (2)[pic 2]

Donde:

%E= Error porcentual

VB= Valor Bibliográfico

VE= Valor Experimental

Según Maron (1973) el calor de neutralización es definido como el calor producido cuando un equivalente gramo de ácido es neutralizado por una base, específicamente en proporciones estequiometrias (se libera energía).

El valor del calor de neutralización es la existencia de la variación de entalpia entre los productos y reactivos involucrados en la reacción. Se lo obtiene a partir de entalpias de formación de las especies que intervienen.

Para el estudio y análisis del Calor de Neutralización se han utilizado las siguientes relaciones y ecuaciones:

                        (3)[pic 3]

Donde:

To=  Temperatura inicial promedio

            (4)[pic 4]

Donde:

∆Hmatraz= Calor absorbido por matraz Erlenmeyer

                 (5)[pic 5]

Donde:

∆Hsol= Calor absorbido por la solución neutralizada

cpsol= Calor específico de la solución (se utilizó el del H2O)

msol: diferencia entre las masas medidas del Erlenmeyer lleno y vacío.

Y finalmente, se encontrará el calor de Neutralización con la ecuación:

                 (6)[pic 6]

Según Atkis (2006) la “Ley de Hess” sostiene que la entalpía de la reacción global es el producto de la suma de las entalpias de los pasos (en los cual  la reacción puede ser dividida). Es decir, cuando una reacción se produce en una serie de pasos, la variación de entalpía para la reacción será igual a la suma de cada uno de los cambios de entalpía para los pasos individuales (Brown, 2004).

II. metodología Y Materiales.

El desarrollo de la práctica se realizó en tres partes, en las cuales se utilizaron los siguientes materiales:

1.  (99% pureza) - (hidróxido de sodio)[pic 7]
2.  (puro) - (nitrato de amonio)[pic 8]
3.  (0,5 M) - (ácido clorhídrico)[pic 9]

Además, se utilizaron aquellos materiales básicos y esenciales que se encuentran en cualquier laboratorio. En todo el transcurso de la práctica se consideró la presión constante.
Para la primera parte de la práctica, se midió  dentro de una probeta 50 mL de agua destilada y se pesó 1 g de NaOH (99% pureza) en una balanza. Después, se colocaron 30 mL del agua en un matraz para mezclarlo con el hidróxido de sodio, y con el agua restante se completó el matraz hasta los 50 mL. Finalmente, se agitó la mezcla hasta que esta se diluyera en su totalidad.

De manera similar se trabajó con el nitrato de amonio, pero con una masa de 2,02 g de la sustancia. Así mismo, se tomaron las medidas de temperatura iniciales y finales para cada procedimiento; todos los datos obtenidos y medidos son ocupados para comprobar la existencia del calor de disolución en las reacciones (solución de hidróxido de sodio y solución de nitrato de amonio), los cálculos realizados se encuentran en los anexos.

En la segunda parte de la práctica, se tomó la solución de hidróxido de sodio realizada anteriormente con una concentración de 0,5 M, comprobado en los anexos, y una solución de ácido clorhídrico 0,5 M proporcionada por el laboratorio con antelación, para posteriormente mezclar ambas soluciones agitándolas en el matraz Erlenmeyer, cuyo peso fue medido. Finalmente, se desechó dicha mezcla en un lavabo diluyéndolo con agua. Además, se tomaron las medidas de temperatura iniciales y finales de la solución; todos los datos obtenidos y medidos son ocupados para verificar el calor involucrado en la reacción de neutralización realizada en esta parte de la práctica, los cálculos realizados se encuentran en los anexos.

En la tercera parte de la práctica, en primera instancia se pesó el matraz Erlenmeyer que se utilizó, al igual que la masa de hidróxido de sodio necesaria para preparar los 100 mL de una solución 0,5 M. Teniendo en cuenta que el NaOH tiene un 98% de pureza.

Para calcular dicha masa se procede de la siguiente manera:

     (7)[pic 10][pic 11][pic 12]

Una vez calculada y pesada la masa de la sosa caustica, se colocaron 100 mL de la solución de ácido clorhídrico 0,5 M en el matraz. Se agregó en el mismo matraz los 2,04 g de NaOH para posteriormente combinar y agitar la mezcla resultante. Además, se tomaron las medidas de temperatura iniciales y finales de la solución; todos los datos obtenidos y medidos son ocupados para verificar la Ley de Hess. Es decir, medir la entalpía de la ecuación 8, con la facilidad de los valores de entalpia obtenidos con antelación de las ecuaciones 9 y 10 por los experimentos anteriores, los cálculos realizados se encuentran en los anexos.

[pic 13]

(8)

                                                 (9)[pic 14]

 [pic 15]

(10)

III. RESULTADOS Y Discusión.

RESULTADOS

Experimento 1) Calor de disolución

• Para la disolución de NaOH el  fue de [pic 16][pic 17]
• Para la disolución de NH4NO3 el fue de  [pic 18][pic 19]

Discusión: La disolución de hidróxido libera energía, es decir es una reacción exotérmica, mientras que, el nitrato se encarga de absorber energía en el sistema; por lo que, se convierte en una reacción endotérmica. A través de los cálculos, se determinó que existe un error de   en el NH4NO3 y de  en el NaOH. Esto se debe a que el proceso experimental atravesó una serie de inconsistencias e imprecisiones en la toma de datos como: temperatura, peso, toma de la muestra, o inclusive al no ser óptimos en la recolección de los elementos hidrofóbicos como el NaOH.[pic 20][pic 21]

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