UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTE
ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL
C U RSO
:
Fisico-!i"ico
PRACTICA
:
T#$"o%!&"ic'
INTEGRANTES
:
(( ((((((((
INTRODUCCION
En el presente informe de laboratorio, tiene como finalidad determinar la capacidad calorífica del calorímetro, y con ellos calcular el calor de neutralización una solución, para ello usamos algunos reactivos, y siguiendo los pasos de la indicación del manual de laboratorio de fisicoquímica.
TERMOUÍMICA I)
OB*ETIVOS: El calor especifico de un metal. El calor de solución de cloruro de calcio. Determinar el calor de neutralización de un ácido clorhídrico e hidróxido • • •
de sodio.
II)
FUNDAMENTO TE+RICO:
LA TERMOUÍMICA: Es una subdisciplina de la fisicoquímica que estudia los cambios de calor en reacciones químicas, como lo son las reacciones químicas. e puede considerar que las reacciones químicas se producen a presión constante !atmósfera abierta, es decir, "#$ atm%, o bien puede considerarse que se producen a volumen constante !el del receptáculo donde se est&n realizando%. 'ratándose de intercambios de calor a presión constante, la magnitud característica de la termoquímica es el incremento de entalpía, es decir, la variación de calor que se dará en el paso de reactivos a productos. Existen dos procesos involucrados en el estudio de la termoquímica,
"roceso a presión constante
El calor intercambiado en el proceso es equivalente a la variación de entalpía de la reacción.
"roceso a volumen constante
El calor que se intercambia en estas condiciones equivale a la variación de energía interna de la reacción.
ENTALPIA ESTANDAR DE REACCION:
e llama entalpía de reacción al incremento entálpico de una reacción en la cual, tanto reactivos como productos están en condiciones estándar !p#$ atm( '#)*+( #)- /( concentración de sustancias disueltas # $0%. e expresa como 12 y se mide en 3 o 3 depende de cómo se a4uste la reacción. ∆H° = ∆H°productos + ∆H°reactivos
LEYES TERMOUIMICAS: LEY DE HESS 5
6ermain 2enry 2ess !6inebra, $+7)8an "etesburgo, $+-7% fue un fisicoquímico ruso de origen suizo que sentó las bases de la termodinámica actual. 'raba4ó fundamentalmente la química de gases, y enunció la ley5 9En una reacción química expresada como la suma !o diferencia% algebraica de otras reacciones químicas, puesto que es función de estado, la entalpía de reacción global es tambi&n la suma !ó diferencia% algebraica de las entalpías de las otras reacciones.9
LEY DE LAVOISIER-LAPLACE
:ntoine8;aurent de ;avoisier !"arís,$<=> 8 ibíd.,$<*= % fue un químico franc&s. e le considera el padre de la química moderna por sus detallados estudios sobre5 la oxidación de los cuerpos, el fenómeno de la respiración animal y su relación con los procesos de oxidación, análisis del aire, uso de la balanza para establecer relaciones cuantitativas en las reacciones químicas estableciendo su famosa ;ey de conservación de la masa, estudios en calorimetría, etc. ? enunció la ley5 @el calor necesario para descomponer una sustancia en sus elementos es igual, pero de sentido contrario, al que se necesita para volver a formarlaA.
CAPACIDAD CALORÍFICA: Es la capacidad calorífica es la cantidad de calor requerida para elevar un grado, temperatura de un mol de la misma. Dado que el calor no es una función de estado, la cantidad requerida para producir un cambio dado de estado, depende de un camino seguido. : si pues se definen dos tipos de capacidad calorífica5 cp., para cambios a presión constante y cv, para cambios a volumen constante. C =
dq dt
Dónde5 /5 capacidad calorífica d.q5 diferencial de calor requerido !cal, btu% d.t5 diferencial de temperatura !c, B, % ∂ E Cv =[ ] ∂ T
v
Dónde5 /v5 capacidad calorífica a v# cte Cp=[
∂ H ] ∂T
p
Dónde5 /p5 cap. /alorífica a p# cte /p C /v # "ara n#$ mol !gases ideales%
φ=
Dónde5
Cp Cv
φ 5 coeficiente de la capacidad calorífica
III)
DETALLES E,PERIMENTALES:
0:'E:;E ? E:/'FG5
IV)
/alorímetro adiabático a presión constante. 'ermómetro de 78$77H/. 6raduado en d&cimas "robeta de $77 ml Faso de precipitado de )-7ml Espátula Ialanza 'ubo de ensayo 0echero de bunse $ 0 de JaG2 $ de 2/l 2ielo :gua destilada /a/l) solido PROCEDIMIENTO:
)-C'.'ci/'/ c'0o$&1ic' /#0 c'0o$&"#2$o) a% /olocar el calorímetro limpio y seco -7 ml de agua destilada a la temperatura ambiente, regístralo como ' $. b% nmediatamente agregar -7 ml de agua helada a una temperatura de +/, regístralo como t). c% /errar herm&ticamente el calorímetro con el tapón que lleva incorporado un termómetro. d% :gitar el calorímetro hasta que la temperatura de la mezcla permanezca constante y registrar esa temperatura de equilibrio como ' >. e% 'eniendo en cuenta que en un sistema adiabático debe cumplirse5 Ksist#7 Ksist #q cedidoLq ganado#7 Kagua amb Lq cal L q agua helada #7 f% Determinar la capacidad calorífica del calorimetro.
3)-D#2#$"i4'cio4 /#0 c'0o$ #s.#ci1ico /# !4 "#2'0) a% En un calorímetro limpio y seco colocar -7 ml de agua, registre esta temperatura como '$/. b% "esar $- g de un metal5 polvo de hierro o granallas de zinc en un tubo de ensayo c% ntroducir el tubo de ensayo en un vaso grande que contiene )M> de su volumen de agua. d% /alentar el agua hasta que hierva usando el mechero, de4ar hervir el agua por unos$7 a - minutos y registrar la temperatura del agua hirviendo como ')/. e% ;uego transferir el metal !Be o Nn% al calorímetro rápidamente con ayuda de las pizas. f% /errar el calorímetro y agitar la mezcla por unos segundos, hasta que la temperatura se vuelva constante, registrar esta temperatura como '>/. g% /on los datos medidos determinar el calor especifico del metal en 3Mg/
5)- D#2#$"i4'ci64 /#0 c'0o$ /# 4#!2$'0i7'ci64 8N'O9 9C0; a% En el calorímetro limpio y seco, colocar -7 ml de JaG2 $0 b% "or otro lado medir -7 ml de 2/; $0 en una probeta o en un vaso. c% :gitar las soluciones hasta que ambas y por separado adquieran la misma temperatura inicial, registra esta temperatura como '$/. d% Ferter rápidamente en acido sobre la base, tapara el calorímetro y agitar continuamente. e% :gitar la temperatura más alta como ')/. f% /onsiderando que la masa total de la solución es $77g !D#$gMml% y su calor especifico /e es $ calMg.grado calcular el calor de neutralización en 3 o cal y el calor molar de neutralización en 3Mmol de 2)G o calMmol de 2)G. K sist# 7 q sol L q cal Lq rx #7 qrx# 8!qsol Lqcal% ∆ H =Qn=Qrx / nH 2 O
V)
C
O=s#$>'cio4#s: 8 El agua helada aumenta su temperatura instantáneamente hasta llegar a una temperatura de equilibrio. 8 El sistema adiabático !calorímetro% no pierde calor porque se estabiliza la temperatura de equilibrio.
D'2os #?.#$i"#42'0#s: a% 'emperatura del agua al ambiente5
$*/
b% 'emperatura del agua helada5 c% 'emperatura de equilibrio5
+/ $=.-/
d% Folumen del agua5
-7ml
e% Folumen del agua helada5
-7ml
C@0c!0os: ;a cantidad de calor ganada por el agua helada debe ser igual a la cantidad de calor perdida po el agua fría, el frasco termo, agitador, termómetro y alrededores. i /O es la capacidad calorífica de todo el sistema que está perdiendo calor5 m, /e y '2 la masa, calor específico y temperatura del agua helada( ' B y 'E las temperaturas del agua fría y de equilibrio se tendrá5 mCe ( T F −T 1 ) + C ( T F −T I ) + mC ( T F −T 2 ) =0
50 g .1
cal (14.5 −19 ) ℃ + C ( 14.5 −19 ) ℃ + 50 g .1 cal ( 14.5 −8 )= 0 gr ℃ gr ℃
C = 22.2 cal
3; D#2#$"i4'ci64 /#0 c'0o$ #s.#ci1ico /# !4 "#2'0 O=s#$>'cio4#s:
8El metal calentado a disminuir su temperatura hasta llegar a la temperatura de equilibrio. 8El sistema adiabático !calorímetro% no pierde calor porque se estabiliza la temperatura de equilibrio.
D'2os #?.#$i"#42'0#s: a% 'emperatura del agua al ambiente5 b% 'emperatura metal !zinc%5
$*/ +=/
c% 'emperatura de equilibrio5
))/
d% Folumen del agua5 e% "eso del metal5
-7ml $-.7)gr
C'0c!0os:
mZn CE Zn ( T F −T 1) + C ( T F −T I ) + m H 20 C ( T F −T i )=0
15.02 g . C
cal ( 22−84 ) ℃ + 22.2 ( 22−19 ) ℃ + 50 g .1 cal ( 22−19 )=0 gr ℃ gr ℃
C Zn=0.233 cal
5; C'0o$ /# 4#!2$'0i7'ci64 /# !4' so0!ci64 8M /# N'O9 M /# 9C0; O=s#$>'cio4#s: 8 ;os ácidos y las bases tienen un calor medianamente alto !energía interna%, ya que su temperatura es superior a la del ambiente. 8 nmediatamente, luego de haber vertido el 2/l sobre el JaG2 libera calor !reacción violenta%.
D'2os #?.#$i"#42'0#s: ') es la temperatura de equilibrio ') # 'emperatura equilibrio#>7/ '$ es el promedio de las temperaturas iniciales del ácido y de la base5
'$#'2/l L 'JaG2 # )=/
C@0c!0os: El calor de neutralización KO, se puede calcular a partir de la ecuación5
msol CE sol ( T F −T 1 ) +C ( T F −T I )+ Q rxn=0
100 g .1 C
cal ( 22−84 ) ℃ + 22.2 ( 30 −24 ) ℃ +Qrxn =0.233 cal gr ℃
Qrxn=733.32
ΔH =
733.32 2.78
=263.74
DISCUSION DE RESULTADOS "ara &l cálculo de la capacidad calorífica del calorímetro se utilizó
principalmente el hielo y el agua a una determinada temperatura cada una de ellas y un volumen definido y un calorímetro para poder determinar la temperatura de equilibrio. gualmente para el cálculo del calor de neutralización de una solución se
utilizó los reactivos JaG2 a 7.)J y 2/l 7.+J respectivamente, tambi&n se usó la temperatura de equilibrio de ambos reactivos ya mezclados, y la temperatura promedio tambi&n de ambos, la masa molar de JaG2 y la capacidad del calorímetro que ya se calculó anterior mente. El sistema adiabático !calorímetro% no pierde calor porque se estabiliza la
temperatura de equilibrio.
CONCLUSIONES
En una reacción de termoquímica cuando reaccionan dos sustancias de diferentes temperaturas la sustancia que posee menor temperatura siempre va a ganar calor hasta llegar al equilibrio y la sustancia que posee mayor temperatura siempre va a perder calor hasta llegar al equilibrio.
;os ácidos y las bases tienen un calor medianamente alto !energía interna%, ya que su temperatura es superior a la del ambiente.
/uando vertimos el 2/l sobre el JaG2 libera calor !reacción violenta%.
BIBLIOGRAFIA
http5MMthales.cica.esMrd recursosMrd**Med**87)
CUESTIONARIO
b. defina reacciones exot&rmicas y endot&rmicas 8eacción exot&rmica e denomina reacción exot&rmica a cualquier reacción química que desprenda energía, ya sea como luz o calor ,$ o lo que es lo mismo5 con una variación negativa de la entalpía( es decir5 8T2. El prefi4o exo significa Uhacia fueraV. "or lo tanto se entiende que las reacciones exot&rmicas liberan energía. /onsiderando que :, I, / y D representen sustancias gen&ricas, el esquema general de una reacción exot&rmica se puede escribir de la siguiente manera5 : L I W / L D L calor Gcurre principalmente en las reacciones de oxidación. /uando &stas son intensas pueden generar fuego. i dos átomos de hidrógeno reaccionan entre sí e integran una mol&cula, el proceso es exot&rmico. 2 L 2 # 2) T2 # 8$7= ScalMmol on cambios exot&rmicos las transiciones de gas a líquido ! condensación% y de líquido a sólido !solidificación%. Xn e4emplo de reacción exot&rmica es la combustión. ;a reacción contraria, que consume energía, se denomina reacción endot&rmica. 8eacción endot&rmica e denomina reacción endot&rmica a cualquier reacción química que absorbe energía.
i hablamos de entalpía !2%, una reacción endot&rmica es aquella que tiene un incremento de entalpía o T2 positivo. Es decir, la energía que poseen los productos es mayor a la de los reactivos. ;as reacciones endot&rmicas y especialmente las relacionadas con el amoníaco impulsaron una próspera industria de generación de hielo a principios del siglo YY. :ctualmente el frío industrial se genera con electricidad en máquinas frigoríficas. E4emplo de reacción endot&rmica Xn e4emplo de reacción endot&rmica es la producción del ozono !G>%. Esta reacción ocurre en las capas altas de la atmósfera, gracias a la radiación ultravioleta proporcionada por la energía del ol. 'ambi&n se produce esta reacción en las tormentas, en las proximidades de las descargas el&ctricas. >G) L EJE6Z: W )G >( T2 [ 7
/. \Ku& es un proceso adiabático], de un e4emplo. En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquel en el cual el sistema termodinámico !generalmente, un fluido que realiza un traba4o% no intercambia calor con su entorno. Xn proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isoentrópico. Xn termo de agua com^n es un instrumento adiabático en el cual no hay transferencia de energía por ende el agua !caliente o fría% conserva su temperatura. d. i se tiene dos calorímetros similares y solo se determina la capacidad calorífica de uno de ellos. \e podría decir que la capacidad calorífica del otro es la misma] \por qu&]
i, debido a que las dos se encuentran a las mismas condiciones iniciales, y en el momento de la reacción no se libera energía ni materia compartiendo las dos las mismas propiedades. "or lo tanto van a tener la misma capacidad calorífica. e. si las entalpias de formación estándar para los iones Nn L) y /uL) a partir de los metales zinc y cubre son respectivamente 8>P.>= y $-.>* calMmol. /alcular el cambio de entalpia para la reacción5
Nn L /uL)
Nn
NnL) L )e8
T2f # 8>P.>=
/u
/uL) L )e8
T2f # $-.>*
/uL) L )e8
NnL) L /u
/u T2f # 8$-.>*
Nn L /uL) 8)e8
NnL) L /u L )e 8
Nn L /uL)
NnL) L /u
"or lo tanto5 T2Y# 8>P,>= L$-.>* T2Y# 8 )$.--
ANE,OS
