Se realizó la práctica de calor de reacción, encontrando el calor de reacción del HCl y NaOH y la capacidad calorífica del calorímetro elaborado en la práctica (tipo vasos de café).

RESUMEN

Se realizó la práctica de calor de reacción, encontrando el calor de reacción del HCl y NaOH y la capacidad calorífica del calorímetro elaborado en la práctica (tipo vasos de café).

Para la elaboración del calorímetro se utilizó un vaso de poliestireno, algodón y un beacker; colocando dentro del beacker el vaso de poliestireno y aislándolo con algodón, en la tapa se hicieron dos perforaciones una para el termómetro y el otro para el agitador, se esparció una cantidad de agua a temperatura ambiente y otra a punto de ebullición para medir la capacidad calorífica del calorímetro. Se preparó las disoluciones de NaOH y HCl y se vertió en el calorímetro, se midió la temperatura de reacción.

La capacidad calorífica del calorímetro es de 334,7 J/°C, el calor de reacción es de -12 495 J y la desviación estándar de la temperatura de equilibrio de NaOH y HCl es de 0.60.

Se trabajó a una temperatura de 23oC y una presión atmosférica de 0.84 atmosferas.

OBJETIVOS

2.1 GENERAL:

Calcular la transferencia de calor en un proceso a partir de mediciones de temperatura, junto con la capacidad calorífica o calor especifico..

2.2 ESPECÍFICOS:

Construir y conocer el funcionamiento básico de un calorímetro.

Determinar el calor de la reacción de neutralización entre un ácido y una base.

MARCO TEÓRICO

CALORES DE REACCION Y CALORIMETRIA

Otro tipo de energía que contribuye a la energía interna de un sistema es la energía química. Esta es la energía asociada con los enlaces químicos y las atracciones intermoleculares. Si pensamos que una reacción química es un proceso consistente en la ruptura de algunos enlaces químicos y la formación de otros nuevos, podemos esperar, en general, que cambie la energía química de un sistema como consecuencia de una reacción. Más aun, podemos esperar que parte de esta variación de energía se manifieste como calor. Un calor de reacción, q_r, es la cantidad de calor intercambiado entre un sistema y sus alrededores cuando tiene lugar una reacción química en el seno del sistema, a temperatura constante. Una de las reacciones más estudiadas es la reacción de combustión. Es una reacción tan común que frecuentemente se utiliza el término calor de combustión para referirse al calor liberado en una reacción de combustión.

Si una reacción tiene lugar en un sistema aislado, es decir, en un sistema que no intercambia materia o energía con sus alrededores, la energía térmica del sistema se modifica como consecuencia de la reacción y se produce un aumento o disminución de la temperatura. Imagine ahora que se permite al sistema previamente aislado interaccionar con sus alrededores. El calor de reacción es la cantidad de calor intercambiada entre el sistema y sus alrededores al restablecerse en el sistema su temperatura inicial. En la práctica, el sistema no recupera físicamente su temperatura inicial, sino que se calcula la cantidad de calor que se intercambiaría si esto sucediese. Esto se hace por medio de una sonda (un termómetro) situado dentro del sistema que registra la variación de temperatura ocasionada por la reacción. Así se calcula el calor de reacción a temperatura constante, a partir del cambio de temperatura y otros datos del sistema.

Una reacción exotérmica es la que produce un aumento de la temperatura en un sistema aislado o hace que un sistema no aislado ceda calor a los alrededores. El calor de reacción de una reacción exotérmica es una magnitud negativa (qr < 0).

Una reacción endotérmica es la que produce una disminución de la temperatura del sistema aislado o hace que un sistema no aislado gane calor a costa de los alrededores. En este caso, el calor de reacción es una magnitud positiva (qT > 0). Los calores de reacción se determinan experimentalmente en un dispositivo para medir cantidades de calor denominado calorímetro. Veremos dos tipos de calorímetros y consideraremos a ambos como sistemas aislados.

BOMBA CALORIMÉTRICA

El tipo de calorímetro que se muestra en la Figura 7.5 se llama bomba calorimétrica y está especialmente diseñado para medir el calor desprendido en una reacción de combustión. El sistema está formado por todo lo que se encuentra dentro de la doble pared exterior del calorímetro, incluyendo el recipiente de acero y sus contenidos, el agua en la que está sumergido este recipiente, el termómetro, el agitador, etc. El sistema está aislado de sus alrededores. Cuando tiene lugar la reacción de combustión, la energía química se transforma en energía térmica y la temperatura del sistema aumenta. Como se acaba de precisar, el calor de la reacción es la cantidad de calor que el sistema debería ceder a sus alrededores para recuperar su temperatura inicial. A su vez, esta cantidad de calor es exactamente el valor opuesto de la energía térmica ganada por la bomba calorimétrica y sus contenidos (q_calorim).

Si montamos la bomba calorimétrica exactamente igual cada vez que la utilizamos, es decir, empleamos el mismo recipiente, la misma cantidad de agua, etc., podemos definir una capacidad calorífica del calorímetro. Esta es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado Celsius la temperatura del conjunto del calorímetro. Cuando multiplicamos esta capacidad calorífica por el incremento de temperatura observado, obtenemos (q_calorim).

EL CALORÍMETRO DE VASO DE POLIESTIRENO

En los laboratorios de química general es mucho más probable que se encuentre con un sencillo calorímetro como el de la Figura 7.6, que con una bomba calorimétrica. Se mezclan los reactivos (generalmente en disolución acuosa) en un vaso de poliestireno y se mide la variación de temperatura. El poliestireno es un buen aislante térmico, así que hay muy poca transferencia de calor del vaso al aire circundante. Consideramos el sistema formado por el vaso y su contenido como un sistema aislado.

Al igual que con la bomba calorimétrica, se define el calor de reacción como la cantidad de calor que se intercambiaría con los alrededores al recuperar el calorímetro su temperatura inicial. Pero, de nuevo, el calorímetro no recupera físicamente sus condiciones iniciales.

Simplemente se toma como calor de la reacción el valor opuesto de la cantidad de calor que ocasiona la variación de temperatura en el calorímetro. Es decir, se utiliza la Ecuación (7.9):

▲ FIRGURA 7.6

Un calorímetro de plástico

La mezcla reactiva está dentro del vaso interior. El vaso exterior de poliestireno proporciona un mejor aislamiento térmico del aire circundante. El vaso está cerrado mediante una tapa de corcho. A través de ella se insertan un termómetro y un agitador hasta sumergirse en la mezcla de reacción. La reacción en el calorímetro tiene lugar a la presión constante de la atmósfera.

4. MARCO METODOLÓGICO

4.1 Reactivos

Cada una de las corridas requirió

Ácido clorhídrico (HCl)

Hidróxido de sodio (NaOH)

Agua destilada

4.2 Equipo y cristalería

1 Beacker de 400 mL

1 Varilla de agitación

2 Probetas de 100 mL

2 Beackers de 100 mL

2 Balón aforado de 100 mL

1 Vidrio de Reloj

Balanza

Pipetas Serológicas

4.3 Algoritmo de Procedimiento para el Punto de Fusión

Se colocó un vaso de duroport dentro de un beacker de 400 mL.

Se aisló utilizando algodón en el espacio que quedó entre el vaso de duroport y el beacker.

Se colocó sobre el vaso de duroport, se realizó dos orificios en la tapa. En uno se colocó el termómetro y en el otro el agitador (pajilla).

Se colocó 20 mL de agua en el calorímetro y se midió su temperatura.

Se calentó 60 mL a temperatura de ebullición, midiendo su temperatura. Se vertió en el calorímetro. Permitir que se alcance el equilibrio térmico. Midiendo su temperatura. Se determinó la capacidad calorífica del calorímetro. Repitiendo el procedimiento dos veces.

En un balón se preparó 100 mL de una solución de HCl 1 M. Utilizando la campana de extracción.

Se preparó 100 mL de una solución de NaOH 1M en otro balón. Para preparar esta solución se colocó el beacker donde se disolvió el NaOH en agua.

Se tomó 30 mL de cada una de las disoluciones preparadas, midiendo este volumen con una probeta. Se midió la temperatura. Se Comprobó que fuese la misma temperatura.

Se vertió lo más rápidamente posible en el calorímetro.

Se tapó el calorímetro, agitando suavemente.

Se midió la temperatura máxima alcanzada. Realizando el procedimiento dos veces más. Se anotaron los datos.

...