TP N1: TermoqumicaQumica AplicadaTecnicatura en Construcciones Navales

ObjetivosComprobacin cualitativa de la absorcin o liberacin de calor que acompaa a las reacciones qumicas

Determinacin cuantitativa del calor asociado a reacciones qumicas

Introduccin tericaTermoquimica: es la parte de la Termodinmica que estudia los cambios de energa en las reacciones qumicas.El calor de reaccin( Hr) : es el calor intercambiado en el curso de una reaccin considerada, es igual al cambio de entalpa del sistema cuando la reaccin ocurre a presin constante, depende de la naturaleza qumica de cada producto y cada reactivo, de sus estados fsicos y de la temperatura.calor estndar de reaccin ( Hr ) : el cambio de entalpa resultante del proceso de la reaccin, bajo una presin de 1 atm, comenzando y terminado con todos los materiales a la temperatura de 25C.

Introduccin tericaEjemploZn (s) + 2 HCl (ac) ZnCl2 (ac) + H2 (g) (1,0 atm)

Cuando la reaccin se ha completado, la solucin resultante y el gas hidrgeno pueden ser enfriados a 25C nuevamente. Si no ha tenido lugar evaporacin de agua, se determinar que del sistema deben extraerse 146,02 Kjoule para restablecer la temperatura de 25C. Por lo tanto H= -146,02 Kj/mol es el calor de reaccin ( o cambio de entalpa) a 25C y 1 atm.Su signo negativo establece, por convencin, que la reaccin es exotrmica.

Introduccin tericaCalor de Neutralizacin: es el calor liberado que acompaa a la reaccin de 1eq gr de acido fuerte con 1 eq gr de base fuerte.

HCl (ac) + NaOH (ac) NaCl (ac) + H2O (l) ( ec.molecular) (ec.1)

El smbolo (ac) empleado a continuacin de la frmula del soluto, representa por convencin, que la solucin acuosa es lo suficientemente diluida como para que una dilucin adicional no produzca efectos trmicos; esto es, el calor de la disolucin a dilucin infinita.

Introduccin tericaCuando se trata de la neutralizacion de un acido fuerte con una base fuerte, ambos estn totalmente disociados y el calor de reaccin puede calcularse a partir de la ec. Ionica neta

H+ (ac) + Cl- (ac) + Na+ (ac) +OH- (ac) Na+ (ac) +Cl- (ac) + H2O (l) ( ec.ionica total)

OH- (ac) + H+ (ac) H2O (l) ( ec. Ionica neta) (ec.2)

Introduccin tericaEl calor de reaccin HRa 25C puede calcularse a partir de los respectivos calores de formacin Hf, (para las ec. 1 o 2) segn la ley de Hess:

H reaccin = Hf (productos) - Hf (reactivos) a 25 C

Para la (ec.2), los Hf son: Hf OH- (ac) = -230,0 kJ/mol, Hf H+ (ac) = 0 kj/mol , Hf H2O (l) =-285,83 kj/mol

Entonces : HR 25C = [ (-285,83)] - [ (0) + (-230,0) ] = -55,83 kj/mol de H2O formada (valor teorico)

Introduccin tericaLos calores de reaccin pueden determinarse:

Por calculo a partir de datos de calores estndar de combustin o de formacin.H reaccin = Hf (productos) - Hf (reactivos) a 25 C

b) por mediciones calorimtricas, en los casos en que las reacciones pueden realizarse en forma rpida y completa.

Cuando se trabaja a Presin constante se utiliza un dispositivo denominado Calorimetro

Introduccin tericacalormetro, constituido por un tubo de vidrio de paredes gruesas, ubicado en el interior de un vaso recubierto por amianto en su exterior. El tubo de vidrio esta separado del vaso por trozos de telgopor, para asegurar una mejor aislamiento trmica te tubo de vidrio y por consiguiente una mnima prdida de calor. En el interior del tubo de vidrio se coloca un termmetro y un agitador de vidrio o alambre. Cuando se efecten las mediciones es conveniente tapar el extremo abierto del tubo con un tapn de telgopor que permita el paso del termmetro y el agitador.

Introduccin tericaEl calor que interviene en una reaccin puede calcularse a partir de una ecuacin que relaciona el calor con la variacin de temperatura, y es la siguiente: Q= m. Ce. TDonde m es la masa del sistema (calormetro + termmetro + solucin) y Ce es el calor especfico.

Esta ecuacin no puede usarse directamente porque debe tenerse en cuenta que parte del calor liberado durante la reaccin qumica es absorbido por el calormetro, la solucin y el termmetro.

Introduccin tericaPor lo tanto es necesario calibrar previamente el sistema utilizando una reaccin de la cual ya se conoce la cantidad de calor que libera o absorbe. La ecuacin que se aplica en este caso es:

Q= k. T k= m. Ce

Donde k es una constante que depende de la masa y del calor especfico del sistema; se la denomina capacidad calorfica y se define como la cantidad de calor necesaria para elevar un grado la temperatura del sistema. Las unidades son cal/ C o joule/ C.

Introduccin tericaLa calibracin del sistema consiste en averiguar la capacidad calorfica del mismo ( el valor de k), en la cual intervienen todos los componentes del calormetro (vaso, agitador, termmetro y solucion) por medio de una reaccin qumica de la cual se conoce el calor en juego y a la que se mide la variacin de la temperatura.

Q/ T = k (1)

Una vez conocido ese valor se realiza la medicin de la variacin de la temperatura de la reaccin cuyo calor quiere averiguarse y se aplica la misma frmula.

Q= k. T (2)

Calores integrales de disolucion y mezclado a 25 C (tabla 1)

N moles H2O]/mol soluto(H)HCl(g)Kj/mol HCl(H)NaOh(s)Kj/mol NaOH(H)H2SO4Kj/mol H2SO40.5---15.731-26.2--28.071.5---36.902-48.2--42.923-56.85-28.87-48.994-61.20-34.43-54.065-64.05-37.74-58.0310-69.49-42.51-67.0320-71.78-42.84-25---72.3030-72.59-42.72-40-73.00-42.59-50-73.26-42.51-73.34100-73.85-42.34-73.97200-74.20-42.26-500-74.52-42.38-73.731000-74.68-42.47-78.572000-74.82-42.55-5000-74.93-42.68-84.4310000-74.99-42.72-87.0750000-75.08-42.80-100000-75.10--93.64500000---95.31-75.14-42.89-96.19

ProcedimientoExperiencia 1: Comprobacin cualitativa de absorcin o liberacin de calor en distintas reacciones qumicas

Se disolvern distintas sustancias en 5 ml de agua destilada dentro de varios tubos de ensayos y se evaluara si la reaccin correspondiente es endo o exotrmica por apreciacin del aumento o disminucin de la temperatura del sistema mediante el palpado con la mano de la superficie externa del tubo

ProcedimientoExperiencia 2: Determinacin del calor de neutralizacin de un acido fuerte con una base fuerteDeterminacion de la constante del calorimetroColocar 40 ml de agua destilada en el calormetro y tomar la temp. Cada medio minuto hasta temp cte.Agregar 1,2 ml de H2SO4 conc( 98%, =1,84 g/cm3) y continuar tomando la temp hasta que de mantenga cte.Calcular T

ProcedimientoCon los datos del volumen de agua utilizada(H2O= 1 g/cm3) y el volumen de H2SO4 conc ( 98%, =1,84 g/cm3), calcular los moles de H2O y de soluto y extraer de la (tabla 1) el calor de reaccin correspondiente. Importante: en la tabla se listan los calores de reaccin por mol de soluto que deben transformarse en calor referido a los moles totales que reaccionaronCon el calor de reaccin (Q) y el T medido, calcular la constante del calormetro (k) (ecuacin 1)

Procedimientob) Determinacion del calor de neutralizacion

Colocar en el calormetro calibrado anteriormente 20 cm3 de HCl 4 N (medidos con pipeta aforada). En un vaso de precipitado colocar 20 cm3 de NaOH 4 N.Tomar la temperatura dentro del calorimetro en intervalos regulares hasta que la misma se mantenga cte (Ti).Agregar rpidamente 20 cm3 de NaOH. Agitar y medir la temperatura en intervalos regulares hasta que permanezca constante (Tf).Graficar los valores de temperatura en funcin del tiempo y calcular el valor de T.

ProcedimientoEmpleando la ecuacin (2) se calcula el calor liberado que corresponder a la neutralizacin de n equivalentes (moles en este caso), por lo que para calcular el H de neutralizacin la frmula a utilizar ser:

H neut= Q / n = k. T / n

2. Comparar el valor experimental con el valor terico, calculando los errores relativo y porcentual e identificar las posibles causas de error