Informe de Termoquimica UNMSM

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Tabla de contenidos Pág.

1. Resumen……… Resumen………………… …………………… …………………… ……………………… ……………………… ……………………… ………………… …… 2 2. Introducci Introducción…… ón………………… ……………………… …………………… …………………… ……………………… ……………………… ………… 3 3. Principios Principios Teóricos…… Teóricos……………… ……………………… ……………………… …………………… ……………………… …………… 6 4. Procedimien Procedimiento to Experimenta Experimental………… l……………………… ……………………… ……………………. …………... 8 . Tabulación Tabulación de !atos…………… !atos……………………… ……………………… ……………………… …………………… …………… … " 6. E#emplo E#emplo de $%lculos……… $%lculos…………………… ……………………… …………………… ……………………… …………………. ……. 11 &. 'n%lisis 'n%lisis ( discusión discusión de resultados… resultados…………… …………………… …………………… …………… … 1 8. $onclusion $onclusiones…… es………………… ……………………… …………………… …………………… ……………………… ……………………… ………….. 16 ". Recomendac Recomendaciones iones………… …………………… …………………… …………………… ……………………… ……………………… ………… 1& 1). *iblio+ra,-a……………………………… *iblio+ra,-a…………………………………………………………………… ………………………………………….. …….. 18 11. 'pndice…………………………………………………… 'pndice……………………………………………………………………………….. ………………………….. 1"

1


Resumen /a presente experiencia en el laboratorio0 cu(as condiciones ambientales ,ueron  Temperatura ambiente de 1"o$0 presión atmos,rica de &6 mm+ ( umedad umedad relatia relatia de "50 tiene como ob#etio ob#etio el estudio estudio del cambio cambio trmico ue acompa7a a toda reacción u-mica0 este cambio se io in,luenciado por la cantidad de reactantes usados en la experiencia ( otras como su naturalea o condición. $oncluimos $oncluimos de la experienc experiencia ia ue la neutraliac neutraliación ión del 9a: ( del $l es una reacción endotrmica porue la temperatura aumenta cuando se meclan estos dos compue compuesto stos0 s0 es decir0 decir0 el sistem sistemaa +ana +ana calor. calor. Recome Recomenda ndamos mos la a+itac a+itación ión continua del erlenme(er al momento de la titulación para obtener con precisión los resultados de la experiencia. $omo $omo en todo todoss los los expe experi rime ment ntos os calo calor-m r-met etro ross se an an de cono conoce cerr la capaci capacidad dad calorcalor-,ic ,icaa del sistem sistemaa calor-m calor-metr etro0 o0 del propio propio calorcalor-met metro ro ( de la disolu disolución ción.. En este experim experiment entoo se a determin determinado ado la capaci capacidad dad calor-, calor-,ica ica intr introd oduc ucie iend ndoo dent dentro ro del del sist sistem emaa una una cant cantida idadd medid medidaa de a+ua a+ua ,r-a ,r-a a una una temperatura conocida ( una cantidad i+ual de a+ua caliente. El mtodo experimental es adiab%tico (a ue el calor-metro ;termo< est% construido de tal ,orma ue ,unciona tan próximo a la temperatura ambiente ue las prdidas o +anancias de calor del ambiente son peue7as. /o primero ue icimos ,ue determinar la capacidad calor-,ica del termo ue ,ue de 2&.142 cal=+r >$0 lue+o allamos los ol?menes para la neutraliación 238.284 m/ para el 9a: ( 61.&16 m/ para el $l @ las concentraciones ,ueron  ).141 9 para el 9a: ( )04 9 para el $l ( de estos datos obtuimos un calor de neutraliac neutraliación ión de 1482.1& 1482.1& cal=mol0 cal=mol0 teniendo teniendo como porcenta#e porcenta#e de error  8.415.

2


Introducción /a termou-mica consiste de la aplicación espec-,ica del Primer Principio de Termodin%mica al estudio de las reacciones u-micas. Trata de los cambios trmicos ue acompa7an a las reacciones u-micas ( a los cambios ,-sicos conexos a stas. Que es la termoquímica solar?

Es el estudio de materiales0 reacciones0 procesos u-micos ue reuiere de temperaturas medias ( altas ue puede ser satis,ecas con ener+-a solar concentrada. Aisión de la termou-mica solar B 'lmacenamiento de la ener+-a solar B Producción de un ector ener+tico B Aaloración de materiales B 'proecamiento de desecos or+%nicos ( pl%sticos B !etoxi,icación de materiales 'lmacenamiento de ener+-a solar B Reacciones u-micas ue permiten almacenar la ener+-a trmica solar en los enlaces u-micos B CD: 4  ener+-a solar FC:  D: 2  1=2: 2 B C:  D: 2  1=2: 2 F CD: 4  $alor El reto encontrar el proceso ue permita tener la relación m%s eleada de ener+-a trmica almacenada por unidad de masa ( de olumen. Ciclos termoquímicos

/os procesos de ciclos termou-micos an sido estudiados desde ace m%s de 3) a7os. Gueron abandonados por m%s de una dcada. 'ora se retoman para en,rentar el reto de la producción de idró+eno. /a producción de idro+eno solar puede ser un elemento clae de los ,uturos sistemas ener+ticos. El a+ua es la ,uente m%s abundante de en la tierra0 ( la ener+-a solar se puede utiliar para completar la reacción de idrólisis. Puesto ue el a+ua se re+enera por el uso ,inal de la ener+-a del idró+eno0 se obtiene un ciclo cerrado ( completo de la ener+-a limpia.

3


' temperaturas mu( altas la disociación trmica ;termolisis< de a+ua proceder% de acuerdo con la ecuación ;1<. /a clae del proceso es alcanar la separación in situ utiliando para ello un reactor solar conteniendo una membrana de irconio para la separación de idro+eno. De an alcanado temperaturas en el reactor de 2.2) H0 ( el rendimiento del idró+eno a excedido la predicción teórica. /as temperaturas tan eleadas pueden obtenerse a tras de radiación solar.

Tratamientos termoquímicos del acero

/os tratamientos termou-micos son tratamientos trmicos en los ue0 adem%s de los cambios en la estructura del acero0 tambin se producen cambios en la composición u-mica de la capa super,icial0 a7adiendo di,erentes productos u-micos asta una pro,undidad determinada. Estos tratamientos reuieren el uso de calentamiento ( en,riamiento controlados en atmós,eras especiales. Entre los ob#etios m%s comunes de estos tratamientos est%n aumentar la durea super,icial de las pieas de#ando el n?cleo m%s blando ( tena0 disminuir el roamiento aumentando el poder lubri,icante0 aumentar la resistencia al des+aste0 aumentar la resistencia a ,ati+a o aumentar la resistencia a la corrosión. Cementación (C): aumenta la durea super,icial de una piea de acero dulce0

aumentando la concentración de carbono en la super,icie. De consi+ue teniendo en cuenta el medio o atmós,era ue enuele el metal durante el calentamiento ( en,riamiento. El tratamiento lo+ra aumentar el contenido de carbono de la ona 4


peri,rica0 obtenindose despus0 por medio de temples ( reenidos0 una +ran durea super,icial0 resistencia al des+aste ( buena tenacidad en el n?cleo. Nitruración (N): al i+ual ue la cementación0 aumenta la durea super,icial0 aunue

lo ace en ma(or medida0 incorporando nitró+eno en la composición de la super,icie de la piea. De lo+ra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 4)) ( 2 >$0 dentro de una corriente de +as amoniaco0 m%s nitró+eno. Cianuración (C+N): endurecimiento super,icial de peue7as pieas de acero. De

utilian ba7os con cianuro0 carbonato ( cianato sódico. De aplican temperaturas entre &6) ( ") >$. Carbonitruración (C+N): al i+ual ue la cianuración0 introduce carbono ( nitró+eno

en una capa super,icial0 pero con idrocarburos como metano0 etano o propano@ amoniaco ;93< ( monóxido de carbono ;$:<. En el proceso se reuieren temperaturas de 6) a 8) >$ ( es necesario realiar un temple ( un reenido posterior. ul!ini"ación (+N+C): aumenta la resistencia al des+aste por acción del au,re.

El au,re se incorporó al metal por calentamiento a ba#a temperatura ;6 >$< en un ba7o de sales.

5


Principios Teóricos #cuaciones Termoquímicas:

/as reacciones se representan por ecuaciones u-micas donde en el primer miembro ,i+uran las ,órmulas de los cuerpos reaccionantes ( en el se+undo miembro la de los cuerpos resultantes o productos. 'l escribir estas ecuaciones se desi+nan por ;l< a los l-uidos0 por ;+< a los +ases ( por ;s< a los sólidos. Por e#emplo $  :2 F $:2 Primera le$ de la termoquímica: %a&oisier

Esta le( dice 'el calor de descomosición de un comuesto químico es numricamente igual a su calor de !ormación ero de signo ouesto.' uiere decir ue el calor ue se reuiere para descomponer un compuesto es i+ual a la ue se liberó en la ,ormación de ste. egunda le$ de la termoquímica: *ess

Tambin se le llama le( de la suma constante de calor0 dice 'la cantidad de calor resultante en una reacción es siemre la misma $a sea que la reacción se e!ectu en una o &arias etaas.' Esto si+ni,ica ue el calor neto a presión o a

olumen constante depende sólo de los estados inicial ( ,inal. Tercera le$ de la termoquímica: ert,elot

De le conoce como Principio del traba#o m%ximo ( dice 'toda reacción que se roduce en un sistema de cueros- sin la inter&ención de energía etra/atiende a roducir el cuero en la !ormación de los cuales se libera la ma$or cantidad de calor.'

0licación de las relaciones termodinámicas:

6


De sabe ue la ener+-a interna ; ∆E< ue acompa7a a un cambio de estado es i+ual al calor absorbido por el sistema menos el traba#o realiado.

E F

∆

K J

Para cambios de estado a olumen constante el incremento de ener+-a interna es E F 

desde ue JF)

∆

Para cambios de estado a presión constante se usa el incremento de entalp-a ue es  F p

∆

De sabe ue la ener+-a interna ( la entalp-a  son ,unciones punto por lo ue son propiedades de un sistema en un estado especi,icado. Di el calor absorbido en la reacción ( los productos tienen m%s ener+-a ue los reaccionantes ser%n ;<0 aumentando E (  por lo ue se les llama endotrmicas. $uando ∆E ( ∆ sean ;K< disminu(e E (  expuls%ndose calor por lo ue se les llaman exotrmicas. 1aloración:

Es el mtodo ue consiste en determinar la concentración de una solución por intermedio de su reacción con un olumen determinado de otra cu(a concentración (a se conoce@ el punto ,inal de la aloración se determina con un indicador apropiado. En el punto ,inal se cumple ue

EK+r;%cido< EK+r;%cido< FF EK+r;base<

7


Procedimiento Experimental Caacidad calorí!ica del calorímetro

Preiamente armado el calor-metro0 se a7ade al termo 1) ml de a+ua de ca7o ;con una temperatura inicial de 23." L$<0 ( el mismo olumen de a+ua elada ;1).6 >$< en la pera. De procedió a abrir la llae de la pera0 de#ando caer el a+ua tibia0 a+itando constantemente ( midiendo la temperatura cada 1) se+undos asta obserar una temperatura de alor constante. Resultados ;ase tabulación P%+. "<. Calor de neutrali"ación (Na2*34.5 $ *Cl34.6)

Teniendo en cuenta las normalidades del %cido ( la base0 amos a calcular el olumen respectio para cada sustancia0 obtenindose 61.&16 ml para el %cido ( 238.284 ml para el 9a: con una temperatura de 24.&L$ ( 24.4L$ respectiamente. De mecló ambas sustancias en el calor-metro a+itando constantemente ( midiendo la temperatura cada 1) se+undos asta tomar un alor constante. Resultados ;ase tabulación P%+. 1) <. •

En la parte teórica se realió c%lculos0 ( se obtuo la masa del bi,talato de potasio resultando ).4)8 +r. Para un olumen de 1) ml de 9a:.

•

En la parte experimental se utilió ).1413 +r. de bi,talato de potasio a+re+%ndole 2) ml en un olumen independiente de a+ua destilada0 lue+o se le a7adió el indicador ;3 +otas de ,enol,tale-na< utiliando 4." ml de 9a: para neutraliar la solución.

Realiando c%lculos se obtuo la normalidad de la base ;9bF).141<0 lue+o empleando esta normalidad amos a obtener el olumen de %cido a neutraliar ( empleando la normalidad aproximada del %cido de ).4 9 amos a obtener un olumen de 3 ml. ' este olumen se le a+re+ó 2 +otas del indicador ;,enol,tale-na<0 utili%ndose 11.6 ml de 9a: para neutraliar la solución. /ue+o se realiaron los c%lculos para obtener as- la normalidad respectia del %cido.

8


Tabulación de !atos ( Resultados Experimentales Tabla 9o. 1

$ondiciones del /aboratorio

Presión Temperatura umedad Relatia Tabla 9 ο. 2

$apacidad calor-,ica del $alor-metro

Aolumen a+ua ,r-a Aolumen de a+ua elada Temperatura ;a+ua ,r-a< Temperatura ;a+ua elada< $e ;a+ua< Temperatura de euilibrio $N $ DMDT'9$I' masa del *i,talato *i,talato en a+ua destilada Aolumen consumido de 9a: 9ormalidad teórica de 9a: Tabla 9o. 4

&6 mm+ 24 o $ $ " 5

1) ml 1) ml 23." >$ 1).6 >$ Tabla 9o. 3 1.))cal=+r>$ 1" >$ Titulación del 9a: 2&.142 cal=>$ 4)&.142 cal=>$ $'9TI!'! ).1413 + 2) ml. 4." ml. ).2 9

Titulación del $l DMDT'9$I' Aolumen del $l Aolumen consumido de 9a: 9ormalidad teórico de $l

Tabla 9o. 

$'9TI!'! 3 ml 11.6 ml ).8 9

9ormalidad Experimental del $l ( 9a:

$l

).4 9 9


9a: Tabla 9o. 6

9eutraliación del $l ( 9a:

DMDT'9$I' Aolumen de 9a: Temperatura 9a: Aolumen de $l Temperatura $l Temperatura euilibrio

Tabla 9o. &

).141 9

$'9TI!'! 238.284 ml 24.4 >$ 61.&16 ml 24.& >$ 26.3 >$

$alor de neutraliación

Aolumen de $l Aolumen de 9a: Temperatura $l Temperatura 9a: Temperatura euilibrio  experimental

61.&16 ml 238.284 ml 24.& >$ 24.4 >$ 26.3>$ 1482.1& cal=mol

E#emplo de $%lculos 7.8 2btención de la Caacidad Calorí!ica del istema comrendiendo el agua !ría $ ,elada.

 +anado ;a+ua elada< F  perdido ;a+ua ,r-a ( sistema< m $e ;; T e OO T c < FF $N$N ;; T e OO T , < ;1)+r< ;1.)cal=+r>$< 1" < ;1.)cal=+r>$< ;;1"1" KK1).6 1).6 << FF $N; 23." 23." K 1" C9  5;<.7=5 cal>C

10


$ F $N  m $e $ F 5;<.7=5 cal>C  1)+ ;1.) cal=+ >$< C  =4<.7=5 cal>C

donde m F masa del a+ua elada $e F $alor especi,ico del a+ua caliente Te F Temperatura de euilibrio T, F temperatura del a+ua ,r-a Tc F Temperatura del a+ua caliente $N F $apacidad de todo el sistema ue pierde calor $ F $apacidad de todo el sistema inclu(endo el a+ua caliente

5.8

@eterminación del calor de neutrali"ación

!ato

e bi,talato F Qbi,= eK+r bi, e bi,talato F ).1413 + = 2)4.228 e bi,talato F 6."18x1)K4

TATB%0CA2N:

e bi,talato F e 9a: 6."18x1)K4 9 F 99a: ;4."x1)K3 /<

11


NNa2*  4.7=7 N N#BT0%AD0CA2N:

e $l F e 9a: 9$l.A$l F 99a:.A9a: ;9$l<.< 3x1)K3 / F ;).1419< . 11.6x1)K3 / N*Cl  4.;=; N

E.8

@eterminación de los &olFmenes ara la neutrali"ación Na 1a  Nb 1b 1a + 1b  1total

).4 Aa K ).141 Ab F ) Aa  Ab F 3)) ml

=.8

1

Na2*

1

*Cl

 5E6.56= ml  G7.<7G ml

Calor de neutrali"ación entre Na2* $ *Cl Q  C(T5 C(T5 8 T7) #

donde T2 F Temperatura de euilibrio 12


T1 F Promedio de las temperaturas del %cido ( base E F  de euialentes de %cido o base ue interienen en la reacción F 9.A;/< 0 usando los alores del %cido F ;).4 9< ;61.&16x1)K3ml< F ).)33 mol  F ; 28).)6" cal=>$ < ; 26.3 K 24.< >$ ).)33mol Q  7=6;5.7< cal>mol ;.8

PorcentaHe de #rror :

!eterminación de la entalpia de neutraliación de 9a:0 $l se+?n la reacción 9a:;a<  $l;a< (

*



9a$l;a<  2:

→

*!(roductos) 8

*!(reacti&os)

 F K13 &)) cal=mol  F 

I#rror

Q

teórico

 7E <44 cal>mol



Q

teórico

Q

13

8 Q

744

eerimental

eerimental


I#rror



7E <44

8

7=6;5.7<

744

7E <44

I#rror 6.=7I

9uestro porcenta#e de error ,ue de 8.41 5 uiere decir ue nuestro experimento tuo un resultado un poco aceptable pero pudo ser me#or si se ubiese determinado los par%metros de ,orma m%s exacta ( con exactitud ( precisión.

'n%lisis ( discusión de resultados En cuanto se re,iere al calculo de la capacidad calor-,ica del sistema ue pierde calor se obtuo un alor 2&.142 cal=>$0 mientras ue la capacidad calor-,ica del sistema inclu(endo el a+ua elada es $ F 4)&.142 cal=>$. $on este resultado obtenemos el calor de neutraliación entre el 9a: ( $l obtenindose 1482.1& cal=mol. De asume el alor teórico de la entalpia de neutraliación a ;18>$< es K13 &)) cal=mol ;calor de neutraliación teórica< para poder allar el porcenta#e de error. En cuanto se re,iere a la concentración de los reactios se obtuo para el 9a: ).141 9 ( para 14


el $l ).490 mientras ue las teóricas son de ).29 ( ).89 respectiamente@ esta di,erencia se debe a ue la preparación de las sustancias no son mu( exactas0 debido a el exceso de 9a: en la titulación con el %cido ( el bi,talato 0 tambin debido a la presencia de a+ua en los erlenme(er. 's- tenemos ue el resultado es aceptable.

$onclusiones 

El cambio de calor en una reacción particular siempre es constante e independiente del modo como se e,ect?e la reacción.



Todo cuerpo ue posee una temperatura di,erente a la del medio elear% o disminuir% su temperatura con el ,in de ue ambos ten+an una temperatura de euilibrio.



Mna reacción ue es endotrmica en un sentido ser% exotrmica en sentido contrario.

15




/os datos termou-micos son indispensables para mucos c%lculos teóricos ue permiten predecir el euilibrio u-mico de una reacción.



Para lle+ar a una temperatura de euilibrio ocurre un cambio de calor en donde la cantidad de calor cedida es i+ual a la recibida.

Recomendaciones 

!ebemos tomar la temperatura cada 1) se+undos para se+uir de cerca el proceso de intercambio de ener+-a ( saber u ocurre dentro del termo.



!ebemos tener cuidado de ue el termo no ten+a residuos de sustancias utiliadas anteriormente ue pueden a,ectar la experiencia.



'l momento de alorar la solución con ,enol,tale-na acerlo +ota a +ota e ir moiendo el matra para er en u momento cambia de color0 puesto ue una sola +ota ace ue ocurra el cambio.

16




'l momento de calentar a+ua acerlo a una temperatura m%s alta de la ue se desea pues al momento de aciar el a+ua al termo sta se en,riar% r%pidamente.

*iblio+ra,-a ttp==es.Jiipedia.or+=Jii='cerosStratadosSt5$35'"rmicamente ttp==JJJ.,oroener+ia.uam.mx=2))"=CED'DS)1=CED'S3=TERC:MICI$'SD :/'R.pd, ttp==JJJ.irtual.unal.edu.co=cursos=sedes=arauca=8&)61=docsScurso=$6S/2.t m ttp==iesalcalde.sere,tp.or+=,isica(uimica=leccionesSinteractiasSuimica=ist oria$iencia=istoria*io+ra,ias25$25*'.pd,

17


PERR0 Robert ( $I/T:90 $ecil. *iblioteca del In+eniero u-mico. De+unda Edición0 Uu%re ;CEVI$:<0 CcWraJKill 0 1"8&0 Pa+s. 3K3)&0 3)8.

P:9D CMXX:0 Wastón. Gisicou-mica. Tercera Edición0 /ima ;PERM<0 1"&0 P%+s. 23"K24)K241.

R'W'TX Q'TD:90 ou+en. Principios de los Procesos u-micos. Primera Edición0 *arcelona ;EDP'Y'<0 1"&0 P%+s. 32"K33).

'pndice CUESTIONARIO:

18


IMÁGENES

1. $apacidad calor-,ica del calor-metro

19


2. $alor de neutraliación ;9a:Z).2 ( $lZ).8<

20

Informe de Termoquimica UNMSM

Recommend Documents