Contenido Resumen........ Resumen................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ........................................... ................................. 2 Introducción............... Introducción.......................... ...................... ..................... ..................... ..................... ......................................... ............................... 3 Principios Teóricos.................... eóricos.............................. ..................... ..................... ..................... ....................................... ............................ 4 Detalles Experimentales............. Experimentales....................... ..................... ..................... .......................................... .................................... ....7 7 Materiales................ Materiales........................... ..................... ..................... ..................... ................................................... ......................................... 7 Reactivos........ Reactivos.................. ..................... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ................... .........7 7 Procedimiento Procedimiento Experimental.............. Experimental........................ ..................... ............................................. ..................................1 1 Ta!las Ta!las de Datos " Resultados Resultados Experimentales............................................. Experimentales.............................................11 11 #n$lisis de Resultados........... Resultados..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .............................14 ...................14 %onclusiones................ %onclusiones.......................... ..................... ..................... ..................... ..................... ...................................... ............................ 14 &i!lio'ra(a................... &i!lio'ra(a............................. ..................... ..................... ..................... ..................... ...................................... ............................ 1)
Resumen En este in*orme se a!orda el tema de la termo+u,mica- se a!la so!re los cam!ios t/rmicos +ue acompa0an a las di*erentes reacciones +u,micas. o primero es determinar la capacidad calor,(ca del sistema utiliando a'ua elada " a'ua a temperatura am!iente. Posteriormente se allan los calores del neutraliación utiliando a5 " 5%l . 6inalmente se calcula el calor de reacción del %uo4.)52 con inc met$lico en polvo. os resultados indican +ue la capacidad del sistema allada es correcta por lo +ue los errores porcentuales respecto al calor de neutraliación son !a8os- en cam!io los errores del calor de reacción o!tenidos son mu" altos pero se compro!ó +ue am!as reacciones son exot/rmicas- por lo tanto existe un cam!io t/rmico
Introducción a Termo+u,mica estudia los intercam!ios de ener',a +ue acompa0an a las reacciones +u,micas. Es un eco experimental +ue en toda reacción +u,mica a" una variación de ener',a- mani*estada normalmente por la emisión o a!sorción de calor. El estudio de estas variaciones de ener',a es o!8eto de la Termo+u,mica- " de su importancia puede darnos idea el eco de +ue no sólo a" mucas reacciones 9en especial las de com!ustión: +ue tienen como ;nico o!8etivo el aprovecamiento de la ener',a desprendidasino +ue tam!i/n la espontaneidad de una reacción viene determinada por varia!les termodin$micas.91:
Principios Teóricos #ntes de comenar con termo+u,mica aclaremos al'unos conceptos< Sistemas y tipos de sistemas
=n sistema es cual+uier espacio o material en el +ue se desea en*ocar la atención- es decir- es una porción aislada o limitada del universo +ue se somete a investi'ación. Es una parte pe+ue0a del universo +ue se a,sla para someterla a estudio. El resto se denomina ETR. El entorno 9alrededores o medio am!iente: es el resto del universo externo al sistema.
5a" tres tipos de sistemas< ITEM# #&IERT Puede intercam!iar masa " ener',a con su entorno.
ITEM# %ERR#D Permite la trans*erencia de ener',a 9calor:- pero no de masa con su entorno.
ITEM# #I#D o permite la trans*erencia de masa ni de ener',a.
92: Calor
El calor es a+uello +ue siente un ser vivo ante una temperatura elevada. a *,sica entiende el calor como la ener',a +ue se traspasa de un sistema a otro o de un cuerpo a otro- una trans*erencia vinculada al movimiento de mol/culas- $tomos " otras part,culas. En este sentido- el calor puede 'enerarse a partir de una reacción +u,mica 9como la com!ustión:- una reacción nuclear 9como a+uellas +ue se desarrollan dentro del ol: o una disipación 9"a sea mec$nica- *ricción- o electroma'n/tica- microondas. 93: Capacidad Calorifca
a capacidad calor,(ca- c- o calor espec,(co- es la ener',a calor,(ca necesaria para aumentar 1>% o 1? 9si a!lamos de incrementos es lo mismo: la temperatura de 1@' de masa de una sustancia a una presión de 113 Pa- En el I se expresa en AB@'C? " es una propiedad caracter,stica de las sustancias. En 'eneral- conociendo la masa de sustancia- m- la variación de temperatura +ue experimenta- T- " su capacidad calor,(ca espec,(ca se puede calcular la ener',a calor,(ca intercam!iada o trans*erencia de calor- se';n la *órmula< Q=m·c·ΔT
Donde< m F masa de la sustancia c F capacidad calor,(ca espec,(ca 9AB?C@': T F T* G Ti 9temperatura (nal menos temperatura inicial del sistema:
94:
Termoquímica
Termo+u,mica 9del 'r. termos- calor " +u,mica: es una rama de la *,sica +u,mica +ue trata de los cam!ios t/rmicos asociados a las trans*ormaciones +u,micas " *,sicas. u o!8etivo es la determinación de las cantidades de ener',a calor,(ca cedida o captada en los distintos procesos " el desarrollo de m/todos de c$lculo de dicos rea8ustes sin recurrir a la experimentación. 9): Desde un punto de vista practico es esencial conocer si en una reacción especi(ca a" a!sorción o desprendimiento de calor " en +ue proporción a (n de a"udar a su remoción o de suministrar el +ue sea necesario. Resulta imperioso estudiar la determinación experimental de los calores de reacción- tanto como los principios termodin$micos para evaluar los cam!ios sin recurrir a la experiencia. Existen tipos de reacciones termo+u,micas< A !e acuerdo al calor in"olucrado#
Reaccione endot/rmica on a+uellas reacciones donde se a!sor!e calor- esto si'ni(ca +ue la ener',a de las mol/culas de las sustancias resultantes o productos 9EP: es ma"or +ue la ener',a de las mol/culas de las sustancias reaccionantes 9ER:. El medio donde ocurre este tipo de reacción se en*r,a. Reaccione exot/rmica on a+uellas reacciones donde se li!era calor- esto si'ni(ca +ue la ener',a de las mol/culas de las sustancias resultantes o productos 9EP: es menor +ue la ener',a de las mol/culas de las sustancias reaccionantes 9ER:. El medio donde ocurre este tipo de reacción se calienta. $ !e Acuerdo al proceso in"olucrado
#un+ue a nivel microscópico !asta considerar tres tipos de reacción 9al menos de reacciones !inarias- +ue son con muco las m$s *recuentes:< Hde *ormación< #&F#& Hde isomeriación< #MF#J M Hde descomposición< #& J MF#&M 9Donde J denota comple8o activado: Macroscópicamente se usa otra clasi(cación para centrar el inter/s pr$ctico< reacciones de com!ustiónde neutraliación- de reducción- de *ormación- de dilución- etc. 9K: El calor desprendido puede ser de com!ustión- de *ormación - dilución idratación - solución " neutraliación Calor
de
Reacción
El c$lculo de calor de reacciónpropiedad extensiva. #ntes de iniciar una reacción +u,mica es importante conocer si la reacción ser$ exot/rmica o endot/rmica- adem$s de conocer la ma'nitud del calor li!erado o el calor a!sor!ido en ella. in este valorno se podr$ iniciar nin';n proceso +u,mico a escala industrial. Entre mucas cosas- de!emos conocer la cantidad de ener',a +ue de!emos suministrar para +ue la reacción se e*ect;e- o conocer la cantidad de calor +ue 'enerar$ la reacción- para poder seleccionar el material de los recipientes en donde se va e*ectuar la reacción- de!emos evaluar si estos resistieran el calor li!erado. Es el estado en el +ue se i'ualan las temperaturas de dos cuerpos +ue inicialmente ten,an di*erentes temperaturas. #l i'ualarse las temperaturas se suspende el Lu8o de calor- " el sistema *ormados por esos cuerpos lle'a a su e+uili!rio t/rmico. Por e8emplo- si pone tienes un recipiente con a'ua caliente- " otro con a'ua *r,a- a trav/s de sus paredes se esta!lecer$ un Lu8o de ener',a calor,(ca- pasado un tiempo- la temperatura del a'ua en am!os recipientes se i'ualar$ 9por o!ra de las trans*erencias de calor- en este caso del a'ua m$s caliente a la m$s *r,a- tam!i/n por contacto con el aire del medio am!iente " por evaporación:- pero el e+uili!rio t/rmico lo alcanar$n cuando am!as masas de a'ua est/n a la misma temperatura. 97: 9:
!etalles %&perimentales Materiales 6rasco Termo con tapones " a'itador Termómetro Electrónico &ureta de 2) m 2 vasos de precipitado 92) " 1) m : 2 pro!etas 91 " 1) m : Pipeta 93 m: 2 erleme"ers de 1) m Reactivos 9N:91:911: •
a5 -2 aprox.
•
5%l -
•
&i*talato de Potasio al 1O
Procedimiento Experimental Capacidad Calorífca del Calorímetro
Primero se allo la capacidad del termo 9calor,metro: utiliando a'ua elada " a'ua a *r,a -poniendo el a'ua elada en una pera " el a'ua *r,a en el termo -lue'o se de8o caer r$pidamente el a'ua elada en el termo 9todo cerrado con un tapón :- se a'ito " se procedió a medir la temperatura. !eterminación del Calor de 'eutrali(ación entre 'a)* y *Cl
ue'o se procedió a la si'uiente experiencia +ue era allar el calor de neutraliación del a5 con 5%l. e empeó por allar la verdadera concentración de a5 " se titulo con biftalato de potasio y unas gotas de fenolftaleína. Luego de haber hallado la concentración del NaOH se procedió a titular con 3 mL. de HCl para hallar su verdadera concentración Finalmente se puso al hidróido en el termo y al acido en la pera!la cantidad de cada uno dependía de sus concentraciones" ambos debían neutrali#arse usando solo 3$$ mL% y se procedió a agitar y a medir la temperatura de e&uilibrio
Calor de Reaccion de CuS)+,-*.) con /inc 0etalico La 'ltima eperiencia fue calcular el calor de reacción del Cu(O).*H+O con el ,n met-lico" se colocaron +* mL de agua destilada en el termo y se a/adieron * gramos de sulfato de cobre al agua " luego con el 3"+* gramos de #inc ya pesados se a/adieron al termo y se cerró r-pidamente el termo " se procedió a agitar y a medir la temperatura de e&uilibrio.
Ta1las de !atos y Resultados %&perimentales Ta1las de !atos %&perimentales
Ta1la '23
P 9mm5': T 9%: O5R Ta1la '2.,5 Temperatura *.) 6ria
Condicione s %&perimen tales de 4a1oratori o 7)K 24% N7O
Capacidad Calorífca del Calorímetro 24-4%
Temperatura *.) *elada Temperatura de E+uili!rio
Ta1la '2.,3,5
Masa de &i*talato de Potasio a5 5%l
Ta1la '2.,3,3
a5 5%l Temperatura de E+uili!rio Ta1la '2.,. Temperatura CuS)+,-*.) Temperatura Qn 9am!iente:
K-) % 1K-3 %
7olumen de Titulacion -12)'
3-4m con &6?B 13-1 m con acido 3 m
7olumenes 8tili(ados 244-117m. ))-N3m. Temperat ura 2K- % Promedio
C, de Reacti"os
#l 1O -11 -7N3N
Temperaturas de reacti"os 2)% 24-N %
24-N)%
Calor de Reacción
Cantidad 8tili(ada
24-3%
)'
24-3 %
3-2)'
Temperatura de E+uili!rio
x
3N-K %
Ta1la '2 9,5 : !atos Teóricos ;3. %alor de eutraliación %alor de Reacción Ta1la '2+ Resultados
Calores de Reacción
H13-K ?cal H)1-2?cal
Resultados %&perimentales cal 331-41) ° c
%apacidad %alor,(ca del istema %alor de eutraliación
< de %rror
x
13,780 Kcal
.73O
252,905 Kcal
3O
−
%alor de Reacción
−
E8emplo de %$lculos A, *allando la capacidad calorífca del sistema
(
( 150 g ) ( 16,3 −6,5 ) ° C
C =
181,4815 cal
° C
C =331,4815
+
1
cal g° c
150 g
)
=
'
C ´ ( 24,4 −16,3 ) °C
C =181,4815
cal °c
( ) 1 cal
g ° C
cal °c
$, *allando el calor de neutrali(ación 3, Titulación del 1italato de potasio con 'a)* 0.1262 204.22
N NaOH x ( 3,4 x 10
=
−
3
)
N NaOH =0,1818
., 'eutrali(ación del *Cl 0,1818 x ( 13,1 mL )= N HCl x (3 mL )
N HCl =0,7939
9, Cantidad de Acido y $ase utili(ada para la neutrali(ación 0,1818 x V NaOH =0,7939 x ( 300 −V NaOH ) 0,9757 V NaOH =238,17 V HCl =55,89 mL
V NaOH =244,10 mL
+, Calor de 'eutrali(ación Q=
331,4815 ( 26,8−24,95 ) 0,0445
Q =−13780,6916
cal gmol
C, *allando el Calor de Reacción C T =331,4815 +
6 ca l
1 molZn 6 cal 1 molCu x x 3,2106 g + x x 5,001 g mol°C 65,4 g mol°C 63,5 g
C T =332.248
Q
=
332,248 ( 39,6
−
0,0201
24,3 )
Q=−252905,194
cal gmol
An>lisis de Resultados e lo'ro allar la capacidad del sistema +ue era lo necesario para poder lue'o allar los di*erentes calores de las si'uientes experiencias- es decir nosotros tomamos nuestra capacidad del sistema como un dato correcto- es por eso +ue no podemos allar un O de error- adem$s +ue necesitar,amos de un n;mero ma"or de veces pro!ando la capacidad del sistema de la misma manera para poder allar un promedio lo cual nos dar,a una medida m$s exacta. o!re la experiencia del calor de neutraliación como se o!serva en la ta!la 4 se o!tuvo un porcenta8e de error menor al 1O - es decir el dato experimental o!tenido es un dato veros,mil. Esta operación no u!iera o!tenido un porcenta8e de error tan pe+ue0o si la capacidad del sistema no u!iera sido !ien medida- es decir +ue este pe+ue0o error experimental corro!ora nuestro dato de la capacidad del sistema. #dem$s podemos ver +ue el calor li!erado por la reacción de neutraliación no es tan *uerte por+ue las concentraciones de los reactivos son !a8as 9ta!la 2.1.: por lo cual la reacción no *ue violenta. Por ;ltimo tenemos el calor de reacción con el sul*ato de co!re " el cinc - en esta experiencia o!tuvimos datos mu" di*erentes con respecto de los valores teóricos -nuestra m$xima de temperatura o!tenida *ue de 3N-K % pero con ese resultado o!tuvimos un error de 3O - +ue es demasiado alto - *ue un error 'rave 9causado por la mala medición:- no podemos decir +ue *ue un error aleatorio "a +ue el termómetro estuvo tra!a8ando de *orma normal en las anteriores experiencias. o +ue s, sa!emos es +ue es una reacción exot/rmica de!ido a +ue es una reacción de desplaamiento por+ue el inc desplaa al co!re por una reacción t/rmica
Conclusiones %omo resultado de la experiencia realiada en el la!oratorio- es posi!le concluir +ue la reacción +u,mica viene acompa0ada de un cam!io t/rmico
"a sean exot/rmicas o endot/rmicas. El calor li!erado o a!sor!ido depender$ muco de la naturalea de los reactantes- es decir una !ase *uerte con un acido *uerte li!erara m$s calor +ue si se tratara de un acido o una *uerte- adem$s de eso tam!i/n inLuir$ las concentraciones.
$i1lio?rafa 91: ttp
