PRACTICA 1 DETERMINACIÓN DE LA ENTALPIA ENTALPIA MOLAR DE DISOLUCIÓN ( ∆ ∆
)Y
ENTROPÍA DE UNA MEZCLA BINARIA ∆
RESUME: En este trabajo se determinaron las propiedades termodinámicas de una solución acuosa, para
esto se determinaron las entalpías molares de disolución, y los volúmenes molares aparentes, en función de la concentración y la temperatura, temperatura, con el objetivo objetivo de estudiar estudiar el comportami comportamiento ento de este tipo de solutos, solutos, el efecto efecto de estos sobre la estructura del agua y para contribuir a la elucidación del tipo de interacciones que ocurren en solución.
PALABRAS CLAVES: Calorímetro, Dear, entalpía, entropía, calórica, molar. INTRODUCCIÓ INTRODUCCIÓN: N: Entalpía !"#, cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno. El calor liberado o absorbido por reacciones que se mantienen bajo presión constante puede relacionarse a la entalpía, es una propiedad e$tensiva y depende de la cantidad de materia. Entropía !%#, proceso de un sistema para volver a su estado inicial, solo que no es posible volver por el mismo camino. Con el laboratorio &' la entalpia molar de disolución de una me(cla como la entropía, se permite tener conocimiento de los procesos del poder calorífico de una determinada muestra, la temperatura y los sistemas en las propiedades donde permita o no un equilibrio t)rmico en cuanto tenga en contacto con los otros sistemas. %egún en los cuerpos la temperatura es superior y en esta práctica práctica podremos calcular calcular la presencia presencia de calor, calor, por ende se dice que entre dos cuerpos cuerpos que se encuentran en estas condiciones e$iste un flujo de energía, a la que llamamos calor. Con el desarrollo de la práctica se desea *allar la entalpía molar de disolución y entropía de una me(cla binaria de "idró$ido de %odio !+a"# en agua, a partir de la determinación del calor producido en la disolución lo cual es viable con base a los datos registrados en el calorímetro con los cuales se debe reali(ar un balance de calor. -a entalpía es una propiedad e$tensiva que depende de la materia, definida como la cantidad de energía energía de un sistema sistema termodinámico termodinámico que )ste puede intercambiar intercambiar con su entorno, mientras que la entalpía molar se refiere al calor liberado por un mol de una sustancia a presión constante.
2
1. FUNDAMENTACIÓN FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA TEÓRICA 1.1 MAPA CONCEPTUAL
1.2 MENTEFACTO CONCEPTUAL
eacción
/E0D1+201C2
E$ot)rmica
eacción
ENTALPIA
Entropía
Endot)rmica
0agnitud simboli(ada con la letra "
Energía absorbida o
cedida
"345p6 Dónde' 43Energía interna p37resión de l sistema 636olumen del
3
1. FUNDAMENTACIÓN FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA TEÓRICA 1.1 MAPA CONCEPTUAL
1.2 MENTEFACTO CONCEPTUAL
eacción
/E0D1+201C2
E$ot)rmica
eacción
ENTALPIA
Entropía
Endot)rmica
0agnitud simboli(ada con la letra "
Energía absorbida o
cedida
"345p6 Dónde' 43Energía interna p37resión de l sistema 636olumen del
3
7roceso eversible
/E0D1+201C2
ENTROPIA
Entalpia
7roceso 1rreversible
simboli(ada
8rado de desorden de
con la letra %
un sistema
0agnitud
%istemas abiertos y cerrados
2.3.2 FLUJOGRAMA GENERAL DE LOS PROCEDIMIENTOS DESARROLLADOS
4
CALOR ESPECÍFICO DE UNA MUESTRA DE AGUA DE ORIGEN INDUSTRIAL O AGRÍCOLA O PECUARIA.
ENTALPÍA ENTALPÍA MOLAR DE DISOLUCIÓN DEL IDRÓ!IDO DE SODIO EN AGUA
5
2. MA MAT TERIALES ERIALES Y M"TODO M"TODOS S 2.1 LISTA LISTA DE E#UIPOS E#UIPOS UTILIZA UTILIZADOS DOS E#UIPOS UTILIZADOS /ermómetro Estufa 9alan(a analítica
2.2 LISTA DE REACTIVOS UTILIZADOS REACTIVOS "idró$ido de sodio en lentejas 2gua destilada 2gua ambiente 2gua caliente 0uestra de agua de rio c*iquito
FORMULA +a"
CONCENTRACIÓN
": ": ":
&;; m&;; m&;; m-
":
&;; m-
: gr
2.3 PROTOCOLOS DE MUESTRAS BIOLÓGICAS ESTUDIADAS COMPUESTO
IDRO!IDO DE SODIO EN LENTEJAS
DESCRIPCIÓN
IMAGEN
Es un *idró$ido cáustico usado en la industria !princi ncipalment ente como una una base quím químic ica# a# en la fabr fabric icac ació ión n de pape papel, l, teji tejido do,, y detergentes. 2demás, se u titili(a en la industria petrolera en la elaboración de lo dos de perforación base agua. 2 nivel dom)stico, son reconocidas sus utilidades para desbloquear tuberías de desag
2.3.2 FLUJOGRAMA GENERAL DE LOS PROCESOS DESARROLLADOS
6
Calibrar calorimetros. 2listar &;;m- de agua y medir />. Calentar &;;m- de agua a ?;>C. 6aciar en el calorimetro y medir /> cada minuto por @ minutos. 2gregar &;;m- de agua a ?;>C, al colorimetro tapar inmediatamente el vaso me(clar y medir /> cada minuto por @ minutos. Cambio de />. Datos
RESULTADOS Y DISCUSIÓN 2.3 TABLA DE DATOS •
Calibración del calorímetro o vaso Dear.
TEMPERATURA (+C)
S$%&'*' /
A,$' ('-*/&/) A,$' '0*/&/ M/0'
/o
:A>C ?;>C BA>C
C'04-/&
/&
:A>C BB>C
BA>C
/eq
@>C
BB>C
= 1.173
Calor especifico de una muestra de agua de origen industrial o agrícola o pecuario, etc.
TEMPERATURA (+C)
S$%&'*' T M$/%&' 5/ ',$'
/o
:&>C
A,$' '0*/&/
?;>C
M/0'
B@>C
C'04-/&
/&
@:>C B@>C
B>C
/eq
@:>C
B@>C
= 1.173
7
Entalpia molar de disolución del *idró$ido de sodio en agua.
S$%&'*'
TEMPERATURA (+C) T
/&
/o
A,$' ('-*/&/)
:@
:@>C
N'O
::>C
D*%0$*6
:B>C
/eq :>C
::>C
:>C
::>C
:@>C
C'04-/&
= 1.173
S$/0
:&>C
:&>C
:&>C
::>C
2.7 ECUACIONES DE CALCULO
C'0*'*6 5/0 '04-/& 8'% D/9'.
2 partir de / y /& y utili(ando las siguientes ecuación
(
)=
30,0658 − 7,48 ∗ 10−3
⁄ 30
30,0658 − 7,48 ∗
29.87132
−3
10
(
)=
(
(26° )
)=
=
30
)=
30,0658 − 7,48 ∗ 10−3
=
30
0.99 ⁄ 5
⁄ 30
30,0658 − 7,48 ∗ 10
(
1
(80° )
−3
29.467
4
=
30
0.98
=
2 ⁄
30
Encontrar la densidad de las masas de agua utili(adas en la male(a =
8
= ∗ ) =∗ ) = 0.995 ⁄ ) = 0.982 ⁄
( 1( 2(
∗ 100 = 99.5 ∗ 100 = 98.2
Con base en la ecuación de balance de calor =−
%e tiene (
−
)+
De esta e$presión se despejamos =
1
2
(
−
)=−
2
2
( − ) 1
y luego reempla(amos los datos obtenidos (
− )+ 0
1
(
2
( − )+ − 1)
0
2
2
9
1.173° (53° − 26° ) + 99.5
2
(53° − 26° ) + 98.6
2
=
=
2816,771°
2
= 104.324
(53° − 26° )
Con el valor de
27 °
y la masa del calorímetro, calcular su capacidad calorífica C = ∗ = 1,173° ∗ 104,324°
2
= 122.373 °
2
C0$0% /%;/*<* 5/ $' -$/%&' 5/ ',$' 5/ *,/ *5$%&*'0 ',40' ;/$'*' /&.
2 partir de / y /& y utili(ando las siguientes ecuación (
)=
30,0658 − 7,48 ∗ 10 −3
⁄ 30
30,0658 − 7,48 ∗ 10 −3(21° )
(
)=
29.90872
=
0.99
=
30
6 ⁄
30
30,0658 − 7,48 ∗ 10 −3
⁄
(
(
)=
30
30,0658 − 7,48 ∗ 10
)=
−3
29.4674
(80° ) =
30
30
= 0.982
⁄
Encontrar la densidad de las masas de agua utili(adas en la male(a =
1(
(
)=
) = 0.996 ⁄
=
∗
∗
∗ 100 = 99.6
10
2(
) = 0.982 ⁄
∗ 100 = 98.6
Con base en la ecuación de balance de calor =−
%e tiene (
−
)+
De esta e$presión se despejamos =
1
2
(
−
)=−
2
2
( − ) 1
y luego reempla(amos los datos obtenidos (
1.173° (52° − 21° ) + 99.6
− )+ 0
2
1
(
2
( − )+ − 1)
0
2
(52° − 21° ) + 98.6
2
3222,563°
2
=
2
= (52° − 21° )
Con el valor de
=
103.953
31 °
y la masa del calorímetro, calcular su capacidad calorífica C = ∗
= 1,173° ∗ 103,953°
2
= 121.937 °
2
C0$0% /&'0;*' -0' 5/ 5*%0$*6 5/0 =*56>*5 5/ %5* 5/ ',$' 2 partir de / y /& y utili(ando las siguientes ecuación
11
(
)=
30,0658 − 7,48 ∗ 10 −3
⁄ 30
30,0658 − 7,48 ∗ 10
(
−3
29.8788
(25° )
)=
=
=
30
(
)=
30,0658 − 7,48 ∗ 10 −3
5 ⁄
30
⁄ 30
30,0658 − 7,48 ∗ 10 −3 (22° )
(
0.99
29.90124
)=
=
0.99
=
30
6 ⁄
30
Encontrar la densidad de las masas de agua utili(adas en la male(a =
1(
( 2(
)=
=
) = 0.995 ⁄
) = 0.996 ⁄
∗
∗
∗ 100 = 99.5
∗ 100 = 99.6
Con base en la ecuación de balance de calor =−
%e tiene = −( (
− )+ 0
= −(1114.9(28 − 22) + 2
2
(
2 (28
− )) 1
− 22)) = 6701.88
12
/eniendo en cuenta el valor *allado de y el número de moles de *idró$ido de sodio adicionado al calorímetro, calcular la entalpia molar de disolución, asi' =
39.997
1
6701.88
=2
∆ =
∗
39.997
0.050
= 0.050
= 134037.6
Calcular la molaridad #
=
⁄
= 0.050 = 0.5 0.1
Con base en la información de los numerales anteriores, determinar la entropía de la me(cla, según la ecuación ∆ ∆ ∆
∆
= 2,303 ∗
= 2,303 ∗ 0.050 ∗ 4,18 ⁄ ° = 2,303 ∗ 0.050 ∗ 4,18 ⁄ ° ∗ 0.055 = 2,303 ∗ 0.050 ∗ 0.2299 = 0.02647
0
25 22
2.? TABLAS DE RESULTADOS INDICADORES
M'&/*'0 C
0
∆
∆
Calorímetro &&&B.
;.@
&B;.A
;.;:AB
13
2.@ GRAFICAS ESTADÍSTICAS
INTERVALOS a c í f i r o l a C d a d i c a p a C = C
114,9 120 100 NaO H
80
60 40 20 0
NaOH
NaO H
0,5 d a d i r a l o M = M
0, 4 0, 3 0,2 0,1 0
14
NaO H
150000 s H ∆ n
100000 50000 0 NaOH
NaO H
m S ∆
0,03 0,02 0,01 0 NaOH
2. DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS 2unque como sabemos a temperatura y presión constante, el volumen y el número de 0oles es directamente proporcionalF sin embargo, la reacción tres de la primera practica aunque se manejó el *idró$ido de sodio, la temperatura inicial no vario lo suficiente p ara llevar acabo su equilibrio de constante. En los e$perimentos dos y tres se presentó una disminución de volumen con la constante de equilibrio, sin embargo no fue proporcional, mientras en el primero el punto má$imo de temperatura son ?;GC el cual se dejó
someter el agua, aumento los resultados de concentración, variando la temperatura a equilibrio má$imos de concentración.
15
/eniendo en cuenta que esta práctica sometía el procedimiento y cálculos del calorímetro podemos apreciar una disolución de agua en cuanto a su concentración y constante de equilibrio natural.
16
7. CONCLUSIONES
En -a ecuación calorim)trica se utili(a para determinar cantidades de calor si se conoce la masa del cuerpo.
Es posible determinar el contenido total de energía calorífica de un cuerpo, puede medirse la cantidad que se toma.
-a cantidad de energía de mayor temperatura a menor temperatura es precisamente lo que se entiende en física por calor.
-a entalpia es una medida de la energía intercambiada entre una sustancia y su entorno.
Como la presión se mantiene constante, el calor medido representa el cambio de entalpia, por ello es importante se=alar que el calor nunca se pierde, ni se destruye, lo que confirma la primera ley de la termodinámica, por lo anterior se concluye que el calor siempre será aprovec*ado o por el entorno o por el sistema, en consecuencia cuando se mide la entalpía a presión constante y da un valor negativo significa que cedió calor al entorno, por el contrario si es positivo absorbe calor.
♣
Demostramos que cuando se pone en contacto dos cuerpos a distinta temperatura, se producirá una Hp)rdida de calorI del cuerpo a mayor temperatura !o más caliente# y una Hganancia de calorI del cuerpo a menor temperatura !o más frío#F esto es lo que dice el principio de conservación de la energía. %i los dos cuerpos tienen la misma temperatura, no *abrá p)rdida ni ganancia de calor.
17
?. BIBLIOGRAFÍA 7arJer, 6.9., /*ermal 7roperties of 2queous 4nivalent Electrolytes, +atl. 9ureau %tandards ef. Data %eries :, 4.%. 8overnment 7rinting ffice, Kas*ington D.C. !&A@#.L -inJs M Cesar, N. y N. %Jerjanc, KaterOsoluble fullerenes. :. %odium Pullerene *e$amalonate /*O CAA !C+a# &:, a *ig*ly asymmetric electrolyte, N. 7*ys. C*em. 9' &;B,:O; !:;;;#. L-inJsM
Nairo Enrique 8ranados 0oreno, 4niversidad +acional 2bierta y a Distancia !4+2D#, 1ngeniería ambiental @?&&@, director +acional :;&&. 8ranados N., !&#, Pisicoquímica aplicada. Ed antropos, !4+2D#, facultad de ciencias agrarias, segunda edición. 9ogotá D C.
=&&;:999.$*-*&$/.-8*5/%&/-5*'-*'&/*'15/<***5//&'0;*'5/ <-'*//-;0%
18
PRUEBAS DE AUTOEVALUACIÓN DE LA PRHCTICA 1. C%$0&' 0% &*;% 5/ '04-/& %$% ''&/4%&*'% <*%*$4-*'%. /ipos de calorímetros'
Estáticos y no estáticos Calorímetro 1soperiobolico Calorímetro Doubl) Dry Calorímetro adiabático Calorímetro de barrido diferencial
TIPO DE CALORÍMETRO C'04-/& A5*':&*
C'04-/& I%;/*0*
C'04-/& D$0 D
C'04-/& 5/ B'*5 D*/*'0
CARACTERÍSTICAS FISICO#UÍMICAS
IMAGEN
El calorímetro adiabático es un instrumento utili(ado para la medida de calores específicos de la p articularidad de reducir a un valor despreciable el calor que pueda salir de su interior o penetrar en )l. El proceso tiene lugar demasiado rápido como para que el calor perdido sea reempla(ado desde el entorno, por lo que la temperatura desciende. El efecto inverso, un aumento de temperatura, se observa cuando un gas se comprime rápidamente. Es aquel en el que se mantiene la c*aqueta circundante a una temperatura constante mientras que la temperatura de la bomba y la cubeta se elevan a medida que el calor se libera por la combustión. En estas implementaciones, una c*aqueta de agua, mantenida a una temperatura fija, rodea completamente la bomba de combustión y su HcubetaI 0uc*os calorímetros utili(an el principio de carga dual, en el cual una absorbe mientras que la segunda actúa como temperatura de referencia. El sensor de temperatura registra la diferencia entre las temperaturas de las dos cargas. En teoría los efectos de las fluctuaciones de la temperatura e$terna se cancelan debido a la simetría, sin embargo si los alrededores no tienen una temperatura uniforme el gradiente de temperatura puede causar error. Es una t)cnica e$perimental dinámica que nos permite determinar la cantidad de calor que absorbe o libera una sustancia, cuando es mantenida a temperatura constante, durante un tiempo determinado, o cuando es calentada o enfriada a velocidad constante, en un determinado intervalo de temperaturas. -a calorimetría diferencial de barrido se *a revelado como una t)cnica importante en el campo de la Ciencia de 0ateriales debido a su elevado grado de sensibilidad y a su rápida velocidad de análisis
2. #$ %*,*<*' '0 5*/*'0 5/ $' %0$*6K El calor diferencial de solución es el calor de solución de un mol de soluto en una cantidad de volumen de solución tan grande, que la adición de un mol más de soluto no cambia la concentración apreciablemente. El calor diferencial de solución depende de la concentración de la solución.
19
3. C$0/% % 0'% ';0*'*/% *5$%&*'0/% 5/ 0' /&'0;4' -0' 5/ 5*%0$*6K En psicrometría para ser aplicado en arquitectura de los espacios internos buscando el confort t)rmico !aire seco y vapor de agua#. En la industria química por ejemplo está el cianuro de *idrógeno que se usa en tintes, e$plosivos, producción de plásticos, etc. 7rocesos de combustión interna de un motor que se da por la me(cla de aire y combustible 4.
C$0 /% /0 ;';/0 <*%*$4-* $/ 5/%/-;/' 0% */% Na+aq Cl-aq / /0 ;/% 5/ 5*%0$*6K
4n ion es un átomo o grupo de átomos cargado el)ctricamente. 4n ion positivo es un catión y un ion negativo es un anión. -a formación de los iones a partir de los átomos es, en esencia, un proceso de p)rdida o ganancia de electrones. 2sí, cuando un átomo como el de sodio !+a# pierde un electrón !eO# se convierte !Q# en el catión +a5'
= 0.204
∗°
== 1,2 ∗ 0.204 ∗ ° = 0.245
-os iones presentes en la disolución, son portadores de carga y energía el)ctricasF por tanto en lo s procesos químicos en los cuales las sustancias reaccionantes ceden o captan electrones implican la formación de iones o
su neutrali(ación.
?. '00' /0 '0 5/ 5*%0$*6 5/0 N'O / ',$' $'5 '0 5*%08/ 12, 5/ N'O %60*5 / 2? -L 0' &/-;/'&$' 5/ 0' 5*%0$*6 %/ */-/&' / 127 C. A%4 -*%- '0$0' 0' /&'0;4' -0' 5/ 5*%0$*6 5/0 N'O.
= ∆ = 1,2 ∗ 0.245
∗ 1,24° = 0.303
0.343
∆
=
= (1,2
∗
= 19.50 1 )
58
20
PRHCTICA 2. DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES RESUMEN: -a constante universal de
los gases relaciona varias funciones de estado, dentro de las cuales se encuentran la energía, la temperatura y la cantidad de moles de un gas.
Este valor constante es utili(ado en la ecuación de estado de los gases ideales, que combina las leyes de 2vogadro, de 8ay -ussac y la ley de C*arles, la primera indica que en condiciones de presión y temperatura constantes, el volumen de un gas está relacionado directamente con el número de moles de dic*o gas, la segunda dice que si se mantiene constante el volumen y el número de moles de un gas, un aumento de temperatura causará un aumento en la presión. De la misma manera, un descenso de temperatura es responsable de un descenso en la presión de dic*o gas y la última predice que en si se mantiene constante la presión de un gas, un aumento en la temperatura causará un aumento en el volumen del gas.
PALABRAS CLAVES: Constante universal de los gases, gases, temperatura, volumen molar, ley de 9oyle, -ey De 8ayO-ussac.
INTRODUCCIÓN: -a ley general de los gases relaciona la presión 7, el volumen 6, la temperatura /, el número de moles n , y la constante universal de los gases , como 76 3 n/. En general los gases en la naturale(a siguen apro$imadamente esta ley a bajas densidades, y por lo tanto cuando están sometidos a bajas presiones como la atmosf)rica. -a constante universal de los gases puede e$presarse en un conjunto de unidades, dependiendo de las que se le asignen a la presión y el volumen. Durante el desarrollo de esta práctica se pretendía recolectar gas carbónico partir de una reacción generada entre el ácido clor*ídrico y el carbonato de calcio, de igual forma poder establecer la relación que e$iste entre el número de moles!n# y el volumen de C: !6# producido en unas 7 y / constantes y por ultimo poder determinar por un m)todo gráfico y estadístico la constante de los gases, a partir de la pendiente de la recta de 6 contra n. /odo esto se logró a partir de las propiedades que tiene los gases esto debido a que se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene, para este caso la probeta, se dejan comprimir fácilmente, se difunden fácilmente. 8racias a esto es que podemos descubrir que el estado gaseoso es un estado disperso de la materia, porque permite que las mol)culas del gas que están separadas unas de otras por distancias muc*o mayores del tama=o del diámetro real de las mol)culas, por lo que tenemos que el volumen ocupado por el gas !6# depende de la presión !7#, la temperatura !/# y de la cantidad o número de moles !n#.
2 1
1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 1.1 MAPA CONCEPTUAL
1.2 MENTEFACTO CONCEPTUAL
2tmosfera "Cl5CaC se obtiene C: en el montaje
Ecuación de estado
763n/
0e(cla de gases
CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES IDEALES R
Combinación de' -ey de 9oyle -ey de C*arles y 8ay -ussac -ey de 2vogadro
8as ideal
8as real
;.;?:-RatmSmol>T &.?CalSmol>T
22
2.3.2 FLUJOGRAMA GENERAL DE LOS PROCEDIMIENTOS DESARROLLADOS
23
2. MATERIALES Y M"TODOS 2.1 LISTA DE E#UIPOS UTILIZADOS E#UIPOS UTILIZADOS /ermómetro 9alan(a analítica
2.2 LISTA DE REACTIVOS UTILIZADOS REACTIVOS
FORMULA
CONCENTRACIÓN
+a"C
;,? gr
"Cl ":
:+
9icarbonato de %odio Ucido Clor*ídrico 2gua destilada
2.3 T"CNICAS ANALÍTICAS UTILIZADOS VARIABLE (INDICADOR EVALUADA)
T"CNICA ANALÍTICA UTILIZADA
6!m-# de Co: 7roducido
6olumetría !gas producido en la reacción#
2.3.1 PROTOCOLOS DE MUESTRAS BIOLÓGICAS ESTUDIADAS COMPUESTO
BICARBONATO DE SODIO
ACIDO CLORIDRICO
DESCRIPCIÓN
IMAGEN
El bicarbonato de sodio es un compuesto sólido cristalino de color blanco soluble en agua, con un ligero sabor alcalino parecido al del carbonato de sodio de fórmula +a"C. %e puede encontrar como mineral en la naturale(a o se puede producir artificialmente.
Disolución acuosa del gas cloruro de "idrogeno !"Cl#, Es muy corrosivo y acido. %e emplea comúnmente como eactivo químico y se trata de un ácido muy fuerte que se disocia completamente.
24
2.3.2 FLUJOGRAMA GENERAL DE LOS PROCESOS DESARROLLADOS
2listar el montaje
-lenar completamente la probeta con agua destilada e invertirla sobre el beaJer que tambi)n contiene agua *asta más o menos V partes de su volumen !se puede utili(ar tambi)n una cubeta de plástico#. Es importante que no queden burbujas en el agua de la probeta y que )sta permane(ca llena *asta el fondo de la misma.
7esar cuidadosamente, sí es posible en balan(a analítica , más ó menos ' ;,&g F ;,:g F ;,Bg F;,?g y &,: g de CaC
Desocupar el balón , lavarlo, secarlo y adicionarle otros :;;mde "Cl :+
2gregar al balón nuevamente ;,: g de CaC !:#, reali(ar el mismo montaje que se e$plicó anteriormente y medir volumen !6:# de C: y la temperatura !/:# de )ste en la probeta.
/omar la probeta, tapar la boca con la mano, introducir cuidadosamente el termómetro y medir la temperatura !/ del gas, registrar en la tabla de datos.
epetir el procedimiento con las demás cantidades de CaC y medir laos respectivos volúmenes y temperaturas del C: obtenido, registrar estos valores en la tabla de datos.
2dicionar :;;m- de "Cl :+ en el balón de fondo plano, luego agregar ;,&g de CaC !, tapar, conectar inmediatamente la manguera y recolectar el C: mediante el despla(amiento del agua en la probeta. Cuando la reacción cese, entonces medir el volumen !6 de gas producido.
25
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1 TABLA DE DATOS E>;/*-/&
C'CO3 (,)
V CO2 -0
&
;.&
;
:
;.:
;
;.B
@
B
;.?
&:
@
&.:
3.2 ECUACIONES DE CALCULO
T(+C) :: :: :: :: ::
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1 TABLA DE DATOS E>;/*-/&
C'CO3 (,)
V CO2 -0
&
;.&
;
:
;.:
;
;.B
@
B
;.?
&:
@
&.:
T(+C) :: :: :: :: ::
3.2 ECUACIONES DE CALCULO 1 777.76
ℎ ∗ 1013.25ℎ =0.7676
=
∗
=
1 0 ∗
1 5 ∗
1000
1000
=0
= 0.005
1 12 ∗
1000
= 0.012
1 33 ∗
1000
= 0.033
0.7676∗ 0 =
=
0 =
− 0 ,08 2
⁄
24,2023
=0
∗ 295,15
0.7676∗ 0,005 =
= 0,082
0,003838 =
−
24,2023
= 0.0001585
⁄
∗ 295,15
26
0,00921
0.7676∗ 0,012 =
1
=
=
=0.00038058
−
24,2023
0 ,08 2
⁄
∗ 295,15
0.7676∗ 0,033 =
0,0253
=
= −
=0.001045 24,2023
0, 082
⁄
∗ 295,15
3.3 TABLA DE RESULTADOS
(
E>;/*-/&
)
( )
()
( )
1
;
;
:@.&@
;.AA
2
;
;
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;.AA
3
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@
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;.AA
7
;.;;;?;@?
&:
:@.&@
;.AA
?
;.;;&;B@
:@.&@
;.AA
3.7 GRAFICAS ESTADÍSTICAS 35 30 25
l m20 O C 2 V15 10
5 0 0
0,0002
0,0004
0,0006 n= moles
0,0008
0,001
0,0012
CO2
27
3.? DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS 2unque como sabemos a temperatura y presión constante, el volumen y el número de moles es directamente proporcionalF sin embargo, en la reacción quinta !@# con &,: gramos el volumen de gas fue mayor que en el ensayo cuatro, lo que comprueba que el planteamiento de esta *ipótesis del montaje se cumple en su totalidad. En los dos primeros e$perimentos se presentó un volumen nulo, presentando reacción en los últimos tres aumentando la concentración, sin embargo fue proporcional a la concentración. El error de cálculo de la constante universal de los gases se da por dos situaciones' la primera porque el gas carbónico no es un gas ideal y para esta práctica se tuvo en cuenta las ecuaciones de gases idealesF la segunda, los posibles errores por el montaje. -a reacción entre el carbonato de calcio y el ácido clor*ídrico es una reacción e$ot)rmica, sin embargo la toma de la temperatura fue dispendiosa por el volumen de agua de la probeta, además *ay que tener en cuenta que el gas antes de llegar a la probeta es lavado por el agua de la cuba. 2sí que en ensayo permaneció constante con respecto a la temperatura que tenía el agua.
28
7. CONCLUSIONES
2l calcular la presión atmosf)rica nos arrojó constante, presión de vapor del agua a la temperatura va amentando trabajada y encontrar la presión del gas carbónico va descendiendo.
Cuando se reali(ó el e$perimento con al adicionar CaC su volumen y su temperatura aumente y disminuyen.
El e$perimento se reali(ó @ veces el cual obtuve que a medida que se agregaba CaC su volumen aumentaba.
1dentificar y determinar la constate universal de los gases ideales y su aplicación de acuerdo a los registros de los datos
%e puede observar que a mayor presión, tambi)n aumenta pero conserva la temperatura ya que es una constante.
2l agregar el ácido clor*ídrico !acuoso# al carbonato de calcio !sólido# se produce una me(cla blanca, lo que indica e$ceso de carbonato de calcio. /ambi)n se producen burbujas, indicando la formación de gas !dió$ido de carbono# que se libera a la atmósfera. -a solución aumenta un poco de temperatura, lo que indica una reacción e$ot)rmica.
-os gases ideales, no se encuentran de manera fácil en la naturale(a, por lo general el aire es el que tiene características de gas ideal.
7ara garanti(ar la precisión y e$actitud de los datos, es importante contar con las *erramientas y prácticas eficientes en el ejercicio del laboratorio, de lo contrario se presentan errores muy altos.
29
?. BIBLIOGRAFÍA Colombia, 4niversidad +acional 2bierta y a Distancia 4+2D. !:;&:#. 0odulo del curso Pisicoquímica. 9ogotá' 2utores. /omado de' Educar W gases ideales. LEn líneaM. LPec*a de acceso :& de 2bril de :;&@M. 4disponible *ttp'SS.amsc*ool.edu.svSpaesSscienceSmoles.*tm . -evine 1ra +. !&A# Pisicoquímica, Ed 0c8raO"ill, cuarta edición. 0adrid, Espa=a. omero C y 9lanco - !&A#./ópicos en química básica, e$perimentos de laboratorio. 2cademia Colombiana de Ciencias E$actas, Písicas y +aturales. 9ogotá D.C Castellán K. Pisicoquímica, !&?#, 7earson Educación, 0)$ico D.P, %egunda edición. 8ranados N., !&#, Pisicoquímica aplicada. Ed antropos, 4+2D, facultad de ciencias agrarias, segunda edición. 9ogotá D C
=&&;:999.-'&/-'&*'%<*%*'$*-*'.-%&'&/%5/<*%*'$*-*'7?? %&'&/$*8/%'05/0%,'%/%*5/'0/%.=&-0. =&&;:$*-*'.0',$*'2.-/;&%'%*%%&'&/$*8/%'05/0%,'%/%*5/'0/%
30
PRUEBAS DE AUTOEVALUACIÓN 1. C$0/% % 0% ;**;'0/% <'&/% 5/ / / /%&/ />;/*-/&K
0al montaje donde se reali(a la prueba. 0al acople de la manguera que permite que *aya fugas 2unque no podría considerarse como error propiamente dic*o, los factores como presión y temperatura del ambiente varían de acuerdo al lugar donde se realice la práctica, podría *aber variaciones en el valor de .
2. C'0$0' /0 /5*-*/& /<**/*' 5/ 0' /'*6 $4-*' / '5' />;/*-/& ;-/5*' 0% 8'0/% ''0*' /0 /%$0&'5. % = ∗ 100%
0.008568 % = 1.340176
= 63 %
∗ 100%
endimiento por gramos de la reacción química ( ) +
A.@ gr
? gr
BBgr
( )
+
()+
( )
&?gr . gr 3 ;.? gr
Donde el e$perimental es de :.B@ X Entonces aplicando dic*a fórmula nos arroja el siguiente dato' % = 30932.45.8 ∗ 100% = 0.10%
3. C$0 %/ 0' /0'*6 /&/ 80$-/ -/ 5/ -0/% ;'' $ ,'% /'0 *5/'0K -a relación entre volumen y numero de moles para un gas real o no ideal es que el volumen de una masa definida de gas es inversamente proporcional a la presión# !763constante# y de 8ayO-ussac !a presión constante, el volumen de una masa determinada de cualquier gas aumenta en la misma cantidad relativa por cada grado de aumento de temperatura# !6S/3constante#. En un proceso a presión y temperatura constante !isobaro e isotermo#, el volumen del gas es proporcional al número de moles presente !-ey de 2vogadro#. -a ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas *ipot)tico formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y que c*ocan con c*oques perfectamente elásticos. -os gases reales que más se apro$iman al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura. -os gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presión se comportan como gases idealesF pero si la temperatura es muy baja o la presión muy alta, las propiedades de los gases reales se desvían en forma considerable de las de gases ideales.
31
El volumen de las mol)culas es una fracción despreciablemente peque=a del volumen ocupado por el gas. 2unque *ay muc*as mol)culas, son e$tremadamente peque=as. %abemos que el volumen ocupado por una gas se puede cambiar en un margen muy amplio, con poca dificultad y que, cuando un gas se condensa, el volumen ocupado por el gas comprimido *asta dejarlo en forma líquida puede ser miles de veces menor
7. C$0/% % 0'% ;**;'0/% /$'*/% 5/ /%&'5 5/ 0% ,'%/% /'0/% *5/'0/%K
− = −
Ecuación de 6an de Kaals' 7ropone tener en cuenta el volumen ocupado por las mol)culas del gas y las fuer(as de atracción entre ellas
D5/ 0'% %&'&/% ' /%&: /0'*'5'% 0% 5'&% 5/0 ;$& 4&* ;: =
Ecuación de edlic*OTong' Es adecuada para calcular las propiedades de las fase gaseosa cuando el cociente entre la presión y la presión
=
=
− ( + )!
−
Donde las constantes vienen dadas por'
crítica es menor que la mitad del cociente entre la
27 2 2
temperatura y la temperatura crítica. = 0.4275
64
= 0.0867 8
Ecuación de 9ert*elot' Es la ecuación de 6an de
Kaals modificada para tomar en cuenta la
dependencia de la fuer(a de atracción con la temperatura. Esta ecuación permite una mayor e$actitud a bajas presiones y temperaturas. Ecuación de Dieterici' Esta ecuación al introduci?r el e$ponencial HeI mejora la e$actitud en las cercanías del punto crítico.
(+
)
2
( − ) =
(2−
2
)
=
−1
2
=( +
(+
)2
) ( − )
Donde 27 2 2
Ecuación de Clausius' Es una ecuación muy simple de tres parámetros usada para modelar gases.
=
64
= −
3
4
=
−
8
6 es el volumen crítico Ecuación de 7engOobinson' /iene la propiedad de
ser útil para modelar algunos líquidos además de
( ) =
gases reales
=( +
−
−
(
+ )+ ( − )
(
−)
−
Donde
Ecuación de Ko*l' Esta ecuación en t )rminos de
valor@es críticos, *aci)ndola útil cuando no están disponibles las constantes de gases reales.
=6
=
22
( )
= (1 +
2
4
=4
Ecuación 6iral' -a ecuación de estado de un gas ideal a presiones no demasiado elevadas se puede e$presar mediante un desarrollo en serie de potencias.
)( − )
22
()
+
2
()
+
3
+")
32
PRHCTICA 3. CIN"TICA DE LA DESCOMPOSICIÓN DEL TIOSULFATO DE SODIO POR MEDIO DEL C0 CONCENTRADO RESUMEN: -a presenta practica se reali(a c on el fin de que el estudiante de ingeniería ambiental observe
analice y estudie lo que sucede en las diferentes reacciones que sucede al descomponerse el tiosulfato de sodio en medio acido teniendo en cuenta que este es neutro con p" básico y neutro.
PALABRAS CLAVES: Disolución, /iosulfato de sodio, cin)tica, reacción, ácido Clor*ídrico, concentración
INTRODUCCIÓN: Cada mol)cula, por naturale(a tiene una identidad definida, si esta identidad cambia, decimos que e$iste una reacción química. 2lgunos de estos procesos de cambio se dan más velo(mente que otros, -a velocidad a la que ocurre un cambio químico o cin)tica química, da cuenta de la rapide( con la que ocurren los proceso químicos y energ)ticos que sufren las mol)culas. El tiosulfato de sodio *ace reacción con el "Cl teniendo en cuenta esta ecuación. Cuando el ácido clor*ídrico reacciona con el /iosulfato pone en libertad el ácido tiosulfúrico !" :%:#, este se descompone en dió$ido de a(ufre, agua y a(ufre este se precipita en la solución y produce opacamiento de la solución. De esta manera a trav)s de la reducción de a(ufre se sigue la cin)tica de esta reacción. Con el desarrollo de la práctica se pudo anali(ar la cin)tica de una reacción química entre dos sustancias para este caso son el /iosulfato de %odio y Ucido Clor*ídrico, a la cual se le calcula propiedades fisicoquímicas como' orden de reacción, constante de velocidad, período de vida media, energía de activación y el factor de frecuencia.
3 3
1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 1.1 MAPA CONCEPTUAL
1.2 MENTEFACTO CONCEPTUAL
Pisicoquímica /iosulfato de sodio reacciona con el "Cl de acuerdo a la siguiente reacción
CINETICA #UIMICA
eacciones iónica
Pactores que la modifican
6elocidad de la
reacción
/emperatura
%uperficie
Catali(adores
Concentración
de
contacto
34
2.3.2 FLUJOGRAMA GENERAL DE LOS PROCEDIMIENTOS DESARROLLADOS
35
2. MATERIALES Y METODOS 2.1 LISTA DE E#UIPOS UTILIZADOS E#UIPOS UTILIZADOS B cronómetros /ermómetros 9alan(a analítica
2.2 LISTA DE REACTIVOS UTILIZADOS REACTIVOS /iosulfato de sodio Ucido Clor*ídrico 2gua destilada
FORMULA +a:%:
CONCENTRACIÓN
"Cl ":
;,&0 &+
2.2.1 PROTOCOLO DE MUESTRAS BIOLOGICAS UTILIZADAS COMPUESTO
DESCRIPCIÓN
TIOSULFATO DE SODIO
%e presenta con forma tetra)drica, en la que se produce la sustitución de un átomo de o$ígeno por otro de a(ufre. -a distancia entre los átomos de a(ufre !%O%# indica que entre ellos e$iste un enlace simple, lo que implica una carga negativa en las interacciones con el o$ígeno !%O# ya que estas presentan un enlace doble.
ACIDO CLORIDRICO
Disolución acuosa del gas cloruro de "idrogeno !"Cl#, Es muy corrosivo y acido. %e emplea comúnmente como eactivo químico y se trata de un ácido muy fuerte que se disocia completamente.
IMAGEN
36
2.2.2 FLUJOGRAMA GENERAL DE LOS PROCESOS DESARROLLADOS
2listar las soluciones de tiosulfato sódico !+a:%:#;,& + y ácido clor*ídrico &+.
-avar B erlenmeyers peque=os !?; o &;; m-#, rotularlos del & al B y colocarlos luego en un recipiente que contenga agua a temperatura ambiente !/. egistrar este valor con el termómetro.
epetir el procedimiento anterior, pero colocando los beaJers en un ba=o de *ielo. egistrar la temperatura !/:# y el tiempo en minutos que tardan las soluciones en opacarse totalmente.
2listar el cronómetro en ceros y rápidamente agregar al beaJer &, &; mililitros de "Cl &+. 0edir el tiempo !en minutos o segundos#, que tarda la solución en opacarse totalmente.
2 partir de la solución de tiosulfato sódico, preparar soluciones ;,;@ 0F;,;:@ 0 y ;,;&:@0
0e(clar suavemente las soluciones anteriores.
37
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1 TABLA DE DATOS T*/-; (-*)
BEAQER
T1 (+C)
T2 (+C)
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&
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::
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:
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&A
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B
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3.2 ECUACIONES DE CALCULO Cálculos temperatura &
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1 TABLA DE DATOS T*/-; (-*)
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B
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O&.;
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1
1
1
45
∗
2 2 3$
=
60
10
∗
20
∗
= 0.75
60 =
$
0.166
60
= 0.333
+9
= 9.75
0,1000 =
=
0.6024
0,166
=
0,0500
2 2 3$
=
=
0.150
0,333
38
2 23$
0,0250
=
=
=
0.00625
4
0,0125
2 2 3$
=
=
=
0.001282
9,75
&' &' &' &'
22 3$
= &' 0,1000 =
−1
2 2 3$ 22 22
= &' 0,0500 = −1.301 3$ = &' 0,0250 = −1.602 3$ = &' 0,0125 = −1.903
= &' 0,6024 = −0.22 = &' 0,150 = −0.82 = &' 0,00625 = −2.18 = &' 0,001282 = −2.829
Cálculos temperatura :
(
$
=
)
!T#
$
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O&
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:?.&@ :??.&@ :??.&@
1
1
30
0.6
∗
∗
60
60
= 0.5
+2
= 2.5
= 0.01
+7
= 7.01
O& O&.A? O:.BB? O:.?;A
0,1000
2 2 3$
=
$
=
=
0.1
1
=
0,0500
2 2 3$
=
=
0.02
2,5
39
=
2 23$
= 0,0250 = 0.00356 7,01
=
$
22 3
=
0,0125
= 0.001562
8
&'
&' &' &'
22 3 $
= &' 0,1000 =
−1
2 2 3$ 22 22
= &' 0,0500 = −1.301 3$ = &' 0,0250 = −1.602 3$ = &' 0,0125 = −1.903
= &' 0,1 = −1 = &' 0,02 = −1.698 = &' 0,00356 = −2.448 = &' 0,001562 = −2.806
40
3.3 GRAFICAS ESTADÍSTICAS /emperatura & -og 6 contra
2 2 3$
41
/emperatura &
2
2 3$
Contra t !min#
42
/emperatura &
2
2 3$
Contra t !min#
43
/emperatura :
2 2 3$ contra
44
/emperatura :
2 2 3$ contra t !min#
45
/emperatura :
2 2 3$
contra t !min#
46
3.7 D*%$%*6 / *&/;/&'*6 5/ 0% /%$0&'5%. %e anali(a que en la temperatura ambiente !/ la velocidad de reacción es muc*o más rápida que en la del agua a temperatura fría ya que a esta temperatura se observa que la velocidad de reacción fue más lenta y que al momento del e$perimento cuando necesitábamos que se opacara la solución se tardó más en opacarse en las cuatro soluciones que se encontraban a temperatura fría &B>C.
47
7. CONCLUSIONES
-a temperatura permaneció constante :; >C.
Yue mayor temperatura la velocidad con que ocurre la reacción es muy rápida.
Cuando la temperatura incrementa la energía mol)culas es mayor y por esto la velocidad de la reacción aumenta.
7uede determinarse la velocidad de reacción estableciendo el tiempo requerido para que la solución alcance cierto grado de turbide(.
0ediante el desarrollo de la práctica se observa variaciones en las diferentes soluciones.
%e observa la velocidad de reacción de las B soluciones en B tiempos diferentes y en dos temperaturas diferentes
48
?. BIBLIOGRAFÍA 8ranados, N., !:;&, 0ódulo Pisicoquímica 2mbiental, 4nidad F EC2702F 4+2D 8ranados, N., !:;&;#, 7rotocolo prácticas de laboratorio P2, 7ág. :& O :AF EC2702F 4+2D. 8ranados., NF 8arcía, N., !:;;;#, Pisicoquímica 2plicadaF Cap. &&, Ed Utropos, 9ogotá, Colombia. 91CEZ, Carlos mar. Y4101C2. 98/U' ED4C2/162, &, pág. A?:. 9K+, /*eodore y -E02[, Eugene ". Yuímica. 0)$ico D.P' 7rentice "all, &?. pág. ?@. C"2+8, aymond y C--E8E, Killiams. Yuímica. ed. 0)$ico, D. P' 0c 8 raO"ill 1nteramericana, %.2, :;;:. pág. :. C4/1%, "elena. 91-8\2. 9uenos 2ires' 7anamericana, :;;&. pág. &@;;. 82+2D% 0E+, Nairo. Pisicoquímica 2plicada. &ed. 9ogotá' 2rfo Editores -tda., &A. pág. BA.
=&&;:999.*%=&./%I%=&/C&/*5%D$-/&'*F*='%T/*'%FIS#F*=/%111 '12113.;5<
49