Práctica 5: Termoquímica

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Introducción

El tema de esta práctica abarca varios conceptos importantes que serán la base para comprender mejor a la termoquímica así que comenzamos  por mencionar  su definición, la cual nos dice que la termoquímica es la que se encarga del estudio de las modificaciones caloríficas que se llevan a cabo en las reacciones entre dos o más especies. Se considera como parte esencial de la termodinámica,  que  estudia  la  transformación  del  calor  y  otros  tipos  de  energía  para comprender la dirección en la que se desarrollan los procesos y cómo varía su energía. Cabe mencionar ciertas propiedades involucradas como la energía interna (ΔE),calor y entalpia (ΔH), en el caso de la entalpía se definió su concepto y mediante ciertas ecuaciones y teniendo en cuenta la presión y el volumen constante se llegó a una igualdad entre propiedades de estado y trayectoria.

La termodinámica está basada, esencialmente, en solo dos postulados, conocidos como primero y segundo principios de la termodinámica. Estos axiomas no se deducen, en todo caso los podemos considerar generalizaciones de experiencias. La validez de estas relaciones se puede comprobar experimentalmente, y con eso la de los principios. La termodinámica no describe el proceso de cambio de los sistemas ni indica el tiempo necesario para el mismo, informando solo acerca de la posibilidad de que exista tal cambio.

Después se comprendió lo que dice la ley de lavoisier y la ley de hess, las cuales tienen relación con la entalpía,  y así   poder comprender  qué son las reacciones exotermicas y endotermicas, para esto se observaron ciertos ejemplos de cómo calcular el ΔG,ΔH y ΔS en algunas reacciones para discutir sobre el signifcado de que tengan un signo positivo o negativo.Otros conceptos vistos  fueron los procesos espontáneos y no espontáneos así como algunos ejemplos y  características de cada uno, finalmente se explicó sobre el calor de cristalización y lo que hubiéramos realizado en laboratorio de manera presencial.

Objetivos

• Observar las manifestaciones externas de los intercambios energéticos en las reacciones.
• Calcular los de reacción de diferentes procesos.∆𝐻
• Establecer las ecuaciones termoquímicas
• Realizar el análisis cuantitativo de las diferencias de las temperaturas de las reacciones de los experimentos.
• Estudio de las variaciones de energía, como entalpías de reacción, energías libres.
• Saber, fijadas ciertas condiciones (como por ejemplo la temperatura y las concentraciones), si es factible una reacción o no.

Parte Experimental

Experimento 1. Reacción exotérmica H (-). Al efectuar la reacción entre ácido sulfúrico concentrado con agua destilada se generará una cantidad de calor el cual se aprovecha para evaporar el éter. [pic 2]

Experimento 2. Calor de solución positivo H (+). Cuando se disuelve nitrato de amonio en agua destilada, la temperatura de la solución disminuye.[pic 3]

Experimento 3. Calor de solución negativo H (-). Al disolver hidróxido de sodio en agua se desprende una gran cantidad de calor.[pic 4]

Hay que tener en cuenta que para todas las Experiencias (1, 2 y 3) se debe de escribir la ecuación termoquímica correspondiente, así como debe de estar balanceada; posteriormente se debe de calcular , , y , esto dado a los valores en cada experiencia; por último se debe de escribir el significado del valor de , , y  de igual forma en cada experiencia.[pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]

Los valores correspondientes para cada experiencia, serán consultados por páginas web, dado que son valores establecidos.

Resultados

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Imagen 1. Cálculos de entalpía, entropía y energía libre de Gibbs del experimento 1.

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Imagen 2. Cálculos de entalpía, entropía y energía libre de Gibbs del experimento 2

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Imagen 3. Cálculos de entalpía, entropía y energía libre de Gibbs del experimento 3.

 El paso de los reactivos a los productos finales puede hacerse directamente o a través de una serie de estados intermedios, y se cumple que: "la variación de la entalpía en la reacción directa es la suma de las entalpías de cada una de las reacciones intermedias”¹

Discusión

• En el experimento 1 se produce una reacción exotérmica entre el agua y el ácido sulfúrico debido a que el agua y el ácido generan una gran cantidad de calor.
• En el experimento 2 se produce una reacción endotérmica, el nitrato de amonio es extremadamente soluble en agua, por lo que al disolverlo en agua ocurre una disociación de los iones del nitrato de amonio, teniendo así el anión nitrato y el catión amonio que se ven atraídos por las cargas parciales (del signo contrario) del agua. Como es una reacción endotérmica, esta va a absorber el calor y como resultado, se enfriará.
• En el experimento 3 al disolver hidróxido de sodio en agua se desprende mucho calor, y la temperatura aumenta. El hidróxido de sodio es una base fuerte que se disuelve con facilidad en agua, disociando por completo en iones, generando una gran cantidad de calor.

Dentro de los valores obtenidos de los cálculos de , , y  en cada experiencia, pudimos notar una gran diferencia entre todos los resultados obtenidos.[pic 14][pic 15][pic 16]

En una reacción química expresada como la suma (o diferencia) algebraica de otras reacciones químicas, puesto que es función de estado, la entalpía de reacción global es también la suma (o diferencia) algebraica de las entalpías de las otras reacciones²

Conclusiones

De acuerdo con los conceptos vistos, así como los cálculos que hicimos se pudieron observar las manifestaciones externas de los intercambios energéticos en las reacciones, también podemos decir que en estas reacciones ocurren un proceso espontáneo, lo cual indica que tan rápido o lento pueden ocurrir.

La termoquímica es una parte de la química que estudia las transferencias de calor asociadas a las reacciones químicas. Estas transferencias de calor se asocian con la entalpía; si en una reacción química absorbe calor, la reacción se denomina endotérmica, y si cede calor la reacción se llama exotérmica Con ayuda de estos datos y con ayuda de la Ley de Hess y la ley de Lavoisier es posible conocer el carácter de la reacción. En las reacciones químicas, un proceso espontáneo ocurre sin el suministro de energía externa. Un proceso espontáneo puede ocurrir rápida o lentamente, pues la espontaneidad no se relaciona con la cinética o tasa de reacción. La espontaneidad de un proceso puede depender de la temperatura. La termodinámica y la calorimetría están asociadas y ninguna es independiente de la otra . Al final de esta práctica podemos deducir que las reacciones químicas van acompañadas de absorción o desprendimiento de energía, que generalmente se manifiesta como calor. Para que ocurra una reacción química, o bien se puede absorber calor o bien se puede desprender. Si se absorbe calor, la reacción se denominará como endotérmica, y si se cede calor, la reacción se

denominará exotérmica.

El objetivo de la Termoquímica es el estudio de estas variaciones de energía (de su importancia puede darnos idea el hecho de que no sólo hay muchas reacciones, en especial las de combustión, que tienen como único objetivo el aprovechamiento de la energía desprendida) y también el estudio de la espontaneidad de una reacción.³

Cuestionario

1.¿Qué es una reacción endotérmica o exotérmica?

• Endotérmica: Las reacciones endotérmicas son reacciones químicas que necesitan el suministro de energía calórica para que ocurran. Para que los reactivos se transformen en productos, estas reacciones absorben calor, lo que hace que los productos obtenidos queden con mayores niveles de energía que los reactivos iniciales[pic 17]
• Exotérmica: Una reacción exotérmica es aquella que cuando ocurre libera energía en forma de calor o luz al ambiente. Cuando este tipo de reacción ocurre, los productos obtenidos tienen menor energía que los reactivos inicial[pic 18]

2. Defina los siguientes calores de reacción: de formación, de combustión, de cristalización, de

absorción, de hidratación, de solución y de cambio de fase.

• Calor de formación: El calor de formación es el calor liberado o absorbido (cambio de entalpía) durante la formación de una sustancia pura a partir de sus elementos a presión constante . El calor de formación generalmente se denota por ΔH[pic 19]
• Calor de combustión: El calor de combustión de una sustancia es el calor de reacción que se obtiene de la oxidación de la sustancia con oxígeno molecular[pic 20]
• Calor de cristalización: Al disolverse un compuesto cuya solubilidad aumenta al elevarse la temperatura, se absorbe calor (calor de disolución). Si la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura acompañada de un desprendimiento[pic 21]
• Calor de absorción: El calor absorbido se define como la transferencia de energía entre dos cuerpos a distintas temperaturas. El que tiene menor temperatura absorbe el calor del que está a mayor temperatura[pic 22]
• Calor de hidratación: El calor de hidratación es una propiedad ligada notablemente a la estabilidad técnica del cemento portland y en especial a su constitución química. El cemento durante el fraguado y el endurecimiento desarrolla calor[pic 23]
• Calor de solución: El calor de solución o entalpía de solución es el calor que se absorbe o se desprende durante el proceso de disolución de cierta cantidad del soluto en el solvente, bajo la condición de presión constante[pic 24]
• Calor de cambio de fase: El calor latente es la cantidad de energía requerida por una sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización)[pic 25]

3. Escriba la ecuación termoquímica que represente el fenómeno, que se lleva a cabo en cada

una de las experiencias planteadas en esta práctica.

△H r directa=△H₁+△H₂+△H.₃...[pic 26]

4. En la experiencia No. 7 ¿A qué se debe el cambio de color del dicromato?

El (NH4)2 Cr2O7 es un sólido de color naranja, que cuando es sometido a altastemperaturas, inicia la descomposición del dicromato amónico que se autooxida y reduceen Cr2 O3, N2 Y H2O.El Cr2 O3 es otro sólido poco denso y esponjoso que ocupa un volumen mucho mayor,dando una coloración de color verde oscuro. Es debido a que se combustiona ya que está en un proceso donde es desprendida una gran cantidad de energía calorífica[pic 27]

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