calor de neu

8/2/2019 calor de neu

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CALOR DE NEUTRALIZACION

INTRODUCCION

El calor de neutralizacin es definido como el calor producido cuando un equivalente

gramo de cido es neutralizado por una base. El calor de neutralizacin tiene un valor

aproximadamente constante, en la neutralizacin de un cido fuerte con una base fuerte, ya

que en esta reaccin se obtiene como producto en todos los casos un mol de agua, que es

formada por la reaccin:

En cada una de las reacciones anteriores se obtienen 13,7 kcal. Esta constancia en la

entalpa de neutralizacin, se entiende fcilmente cuando se recuerda que los cidos y bases

fuertes y las sales, estn completamente disociados en sus soluciones diluidas; y, en tal

consecuencia el efecto qumico comn a todas estas neutralizaciones, que es

sustancialmente el nico cambio responsable para el efecto trmico observado, es la unin

de los iones hidratados hidrgeno e hidroxilo para formar agua no ionizada. O sea, si la

ecuacin anterior de neutralizacin la escribimos en forma inica, tenemos:

cancelando los iones comunes en ambos miembros de la igualdad:

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Esta constancia en la entalpa de neutralizacin no se mantiene en la neutralizacin de

soluciones de cidos dbiles por bases fuertes, bases dbiles por cidos fuertes o de cidos

dbiles por bases dbiles. En todos estos casos el valor de DH es menor y mucho menor en

el siguiente caso:

En donde se obtiene -2.9 kcal.

En estos ltimos casos el DH de neutralizacin difiere del valor constante citado, porque laformacin del agua a partir de sus iones no es el nico proceso qumico que acompaa a la

neutralizacin, ya que paralelamente a la combinacin de los iones hidratados hidrgeno e

hidroxilo, va ocurriendo la ionizacin de los solutos dbiles, siendo el efecto trmico

observado la suma de las entalpas de ionizacin y neutralizacin.

OBJETIVOS

Determinar la capacidad calorfica del calormetro (termo).

Determinar la capacidad calorfica del sistema calorimtrico.

Determinar el calor de neutralizacin:

Para un cido fuerte y una base fuerte

Para un acido debil y una base fuerte

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FUNDAMENTO TERICO

Casi todas las reacciones qumicas absorben o producen (liberan) energa, generalmente en

forma de calor. Es importante entender la diferencia entre energa trmica y calor. El calores la transferencia de energa trmica entre dos cuerpos que estn a diferentes temperaturas.

Con frecuencia se habla de flujo de calor desde un objeto caliente hacia uno fro. A pesar

de que el trmino calor por s mismo implica transferencia de energa, generalmente se

habla de calor absorbido o calor liberado para describir los cambios energticos que

ocurren durante un proceso.

Las reacciones que ocurren durante un proceso pueden ser endotrmicas, si absorben calor,

o exotrmicas, si desprenden calor. Los cambios endotrmicos se expresan con signo

positivo, y los cambios exotrmicos con signo negativo, de acuerdo con la primera ley de la

termodinmica. El cambio de entalpa ocurrido en la reaccin directa es exactamente

opuesto en la reaccin inversa. Este efecto trmico es el mismo sin importar si la reaccin

ocurre en una o varias etapas. La magnitud del cambio depende de la constitucin, el estado

fsico de reactivos y productos y de la expresin estequiomtrica.

Los cambios trmicos pueden ocurrir a presin constante o a volumen constante y se

expresan con las siguientes ecuaciones:

donde H representa el cambio de entalpa y E el cambio de energa. La H se

puede determinar experimentalmente midiendo el flujo de calor que acompaa a una

reaccin a presin constante, y la E a volumen constante

En el laboratorio, los cambios de calor de los procesos fsicos o qumicos se miden con un

calormetro, que es un recipiente cerrado diseado especficamente para este propsito. El

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estudio de la calorimetra, la medicin de los cambios de calor, depende de la comprensin

de los conceptos de calor especfico y capacidad calorfica.

El Calor Especfico(s) de una sustancia

es la cantidad de calor necesario para elevar

un grado Celsius la temperatura de un gramo

de la sustancia. La capacidad calorfica (C)

de una sustancia es la cantidad de calor

necesario para elevar un grado Celsius la

temperatura de una determinada cantidad de

sustancia.

El calor especfico es una propiedad intensiva,

en tanto la capacidad calorfica es una

propiedad extensiva.

Calor especfico de algunas sustancias

Si se conoce el calor especfico y la cantidad

de una sustancia, entonces el cambio en la

temperatura de una muestra (t) indicara la

cantidad de calor (q) que se ha absorbido o

liberado en un proceso en particular. La

ecuacin para calcular el cambio de calor

esta dad por:

SUSTANCIA CALOR

ESPECFICO

(J/g.C)

Aluminio 0.900

Oro 0.129

C(grafito) 0.720

C(diamante) 0.502

Cobre 0.385

Hierro 0.444

Mercurio 0.139

Agua 4.184

Etanol 2.46

donde m es la masa de la muestra y t es el cambio de la temperatura:

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http://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtml


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El signo convencional de q es igual que para el cambio de entalpa; que es positivo para

procesos endotrmicos y negativo para procesos exotrmicos.

La Capacidad Calorfica (C) de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o

menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura

bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como un efecto de Inercia Trmica.

Est dada por la ecuacin:

JK

QCT

=

Donde C es la capacidad calorfica, Q es el calor y T la variacin de temperatura.

La relacin entre la capacidad calorfica y el calor especfico de un sustancia es:

donde m es la masa de la sustancia en gramos.

En la mayor parte de los casos conviene conocer mas bien la capacidad calrica por unidad

de masa del cuerpo, lo que es llamado capacidad calorfica especfica, o ms comunmente,

calor especfico, c = C/m, donde m es la masa del cuerpo. Con ello la ecuacin anterior

queda:

Q mc T =

A continuacin se muestra una tabla con valores del calor especfico para algunos

materiales.

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Material aluminio aceronitrgeno

(gas)

oxgeno

(gas)

agua

lquida

hielo (-

10C)

vapor de

agua

C[kJ/(kg

K)] 0,898 0,447 1,040 0,915 4,169 2,089 1,963

CALOR DE NEUTRALIZACIN.

La neutralizacin de soluciones acuosas diluidas de un cido por medio de una solucin

acuosa diluida de una base, es un tipo particular de reaccin qumica; es una reaccin deneutralizacin. La neutralizacin de una solucin acuosa de HCl con una solucin de NaOH

puede ser representada por la siguiente ecuacin:

HCl (ac) + NaOH (ac) NaCl (ac) + H2O (l)

El calor de reaccin H 25C puede calcularse a partir de los respectivos calores de

formacin Hf, a saber:

H f NaOH

(ac)

-112,236 kcal

H f HCl (ac) -40,023 kcal

H f NaCl (ac) -97,302 kcal

H f H2O (l) 683,17 kcal

Segn la ecuacin H = H final - H inicial, el calor standard de reaccin para la ecuacin ser:

H 25C = [(-97,302) + (-68,317)] - [(-112,236) + (-40,023)] = -13,680 kcal (4)

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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; en consecuencia, por ejemplo, el calor de la formacin del

NaOH (ac),

Hf = -112236 cal, ser igual a la suma algebraica del calor de formacin de un mol de

NaOH en infinitos moles de agua; esto es, el calor de la disolucin a dilucin infinita.

Los calores de neutralizacin pueden determinarse por mediciones calorimtricas directas,

a partir de mediciones en serie efectuadas sobre soluciones de concentraciones finitas queProgresivamente se van diluyendo y extrapolando a dilucin infinita. Se indican a

continuacin,

algunos valores de calores de neutralizacin basados en tal procedimiento:

HCl ( ac) + LiOH (ac) Li Cl (ac) + H2O H 25C = -13680 cal (5)

HNO3 (ac) + KOH (ac) KNO3 (ac) + H2O H25C = -13675 cal (6)

H2SO4 (ac) + KOH (ac) K2SO4 (ac) + H2O H 25C = -13673 cal (7)

Obsrvese que el calor de neutralizacin de cidos fuertes con bases fuertes en solucin

diluda, es prcticamente constante cuando 1 mol de agua se forma en la reaccin. La

explicacin de este hecho reside en que tanto los cidos como las bases fuertes y sus sales

derivadas estn completamente disociadas en sus respectivos iones cuando se hallan en

solucin acuosa suficientemente diluda. Desde este punto de vista, una solucin diluda de

HCl consiste solamente en iones H+ y Cl- en solucin acuosa; y similarmente, una solucin

diluda de NaOH consiste en iones Na+ e OH- en solucin acuosa. Despus de la

neutralizacin, la solucin restante contiene solamente iones Na+ y Cl-. La reaccin (3)

puede ser interpretada como inica de la siguiente manera:

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Na+ (ac) + OH- (ac) + H+ (ac) + Cl- (ac) Na+ (ac) + Cl- (ac) + H2O (l), o sea

cancelando los trminos comunes:

OH- (ac) + H+ (ac) H2O (l) H 25C = -13680 cal (8)

En la neutralizacin de soluciones diludas de cidos dbiles y bases dbiles, el calor

desprendido es menor que 13680 cal. Por ejemplo, en la neutralizacin del cido actico

(CH3COOH) con NaOH, el calor desarrollado es de slo 13300 cal por mol de agua

formado. La diferencia de calor no desarrollado (13680-13300 = 0,380 cal), puede ser

interpretada como el calor requerido para completar la disociacin del cido actico en

iones H+ y CH3COO- a medida que la reaccin de neutralizacin tiene lugar; Por cada inH+ proveniente del CH3COOH que se neutralice con un in OH

-, ms CH3COOH se

ionizar en H+ y CH3COO- hasta que la neutralizacin sea completa; esta ionizacin del

CH3COOH, requiere calor, que se obtiene a expensas del calor que se desarrolla en la unin

de los iones H+ y OH-.

Calormetro

Un calormetro consiste, en esencia, en un recipiente aislado trmicamente y lleno de agua,

en la cual se sumerge una cmara de reaccin. En una reaccin exotrmica, el calorgenerado se transmite al agua y la elevacin de temperatura resultante en sta se lee

mediante un termmetro sumergido en ella. Cuando se trata de una reaccin endotrmica,

hay que medir la reduccin de la temperatura en vez de su incremento.

La termoqumica es una rama de la fsica qumica que trata de los cambios trmicos

asociados a las transformaciones qumicas y fsicas. Su objetivo e la determinacin de las

cantidades de energa calorfica cedida o captada en los distintos procesos y el desarrollo de

mtodos de clculo de dichos reajustes sin recurrir a la experimentacin.Para estudiar los efectos qumicos trmicos que acompaan a las reacciones qumicas, la

formulacin de soluciones y los cambios fsicos como la fusin o la evaporizacin. Los

cambios fisicoqumicos se clasifican como:

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Disponer en el termo de 100 ml de acido acetico 0.03 N dejar que alcance el

equilibrio termico por 3 minutos medir y registrar temperatura. Mezclar con 100ml

de NaOH 0.451 N, agitar suavemente el contenido con en termmetro y medir y

anotar la temperatura cada 20 segundos hasata completar los 4 minutos.

CALCULOS:

Elaborar un grafico de T (C) vs t (s) y determinar elT para cada caso.

1) Determinacion de la capacidad calorifica del sistema

Q ganado = -Q perdido

Q calormetro + Q agua fra = -Q agua caliente

2 21 1 1 2 2( ) ( ) ( )H O eq TERMO eq H O eqm C T T C T T m C T T + =

Segn nuestra experiencia en el laboratorio

2 8CH O0.99848 =

T1=18 , =0.998595 entonces M agua fra = 0.998595*50 = 49.929

T2=97 , =0.960501 entonces M agua caliente= 0.960501*54 = 51.867

Tm=52 (temperatura de la mezcla)

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GRAFICO:TEMPERATURA (C) vs TIEMPO (s)

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SEGUNDO CASO:

PARA UN ACIDO DEBIL Y UNA BASE FUERTE :

TIEMPO () 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

TEMPERATURA(C) 21,126 21,15 21,152 21,144 21,16 21,162 21,166 21,159 21,171 21,17 21,171 21,171

*Empleando la ecuacion 2;Calcular el H psra cada caso ?

Para el segundo caso: Base fuerte Acido debil

NaOH--- 0.451 N --- 6.651ml

CH3COOH0.03 N --- 100ml

Q=H= (Mtotal*CE +C) T

Q=H=(0.29*4.18 +C )*(21.172-14.25)

H=(0.29*4.18 +6580 )*6.922

H=45.55 KJ /mol

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GRAFICO:TEMPERATURA (C) vs TIEMPO (s)

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EN QUE CASOS SE TIENE MAYORES H Por qu?

Sol:

En el primer caso (acido fuerte -base fuerte)Se debe a que los acido en soluciones diluidas y el efecto qumico comn a todos estas

neutralizaciones es la unin de iones hidratados de hidrogeno e hidroxilo para formar agua

desionizada.

El fenmeno es diferente para un (acido debil- base fuerte)

Conforme se van neutralizando los H+ del acido fuerte con los OH- de la base dbil, se

ioniza mas base dbil a expensas del calor deformacin del agua este proceso continuahasta completar la neutralizacin.

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CONCLUSIONES

El calor de neutralizacin de un sistema cido dbil-base fuerte depende de la

naturaleza del cido y de la base as como de la temperatura y de la concentracin.

La reaccin de neutralizacin de un cido con una base es una reaccin exotrmica.

El calormetro adiabtico utilizado es lo suficientemente preciso para realizar el

experimento en l.

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ANEXOS

APLICACIN EN LA INDUSTRIA

El dixido de carbono (CO2), pese a ser un gas minoritario en la atmsfera terrestre,

constituye uno de sus componentes ms importantes, siendo fundamental para la

realizacin de la fotosntesis en las p

seres vivos. En las ltimas dcadas

se est registrando un importante

aumento en el nivel atmosfrico de

CO2, al que contribuye la elevada

utilizacin de combustibles fsiles

como carbn, petrleo y gasnatural.

La consec

lantas y el producto principal de la respiracin de los

uencia directa ha sido un

sobrecalentamiento de la

b es su

superficie terrestre causado por el

llamado efecto invernadero.Filamento de la cianobacteriaAnabaena sp

En la actualidad, un importante proelevado nivel de emisiones de dixido de carbono, con lo que resulta cada vez ms

necesario desarrollar e implantar nuevas tecnologas que permitan fijar y eliminar el CO2 de

los gases de escape generados industrialmente. se es precisamente el objetivo de un

proyecto de investigacin financiado por la Consejera de Innovacin, Ciencia y Empresa y

desarrollado por investigadores del Instituto de Bioqumica Vegetal y Fotosntesis

lema que afecta al desarrollo de muchos pases

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(Universidad de Sevilla/CSIC) conjuntamente con cientficos del Departamento de

Ingeniera Qumica y del grupo de Automtica, Electrnica y Robtica de la Universidad de

Almera.

Transformar el CO2 en biomasa verde Responsables de ms del 50% de la fotosntesisdel planeta, las microalgas necesitan CO2 para crecer, transformando este gas en

componentes de la biomasa verde. Andaluca constituye un territorio idneo para el

establecimiento de estos cultivos de cianobacterias y microalgas dadas sus privilegiadas

condiciones climticas, con elevada irradiacin solar. De esta forma, el desarrollo y

aprovechamiento de la fijacin fotosinttica de CO2 mediante el cultivo de microalgas y

cianobacterias, a travs de su conversin en productos orgnicos utilizables, constituye una

alternativa altamente prometedora.

Las microalgas y las cianobacterias son los ms efectivos fijadores de CO2 del planeta, con

rendimientos ms de cinco veces superiores a los de los cultivos agrcolas ms productivos,

por no mencionar que forman uno de los grupos ecolgicos ms variados de la biosfera.

Dichos microorganismos utilizan el CO2 como fuente de carbono y lo convierten en

carbono orgnico incorporndolo a su biomasa. Asimismo, otros productos de la

fotosntesis, tales como polmeros de naturaleza orgnica, pueden ser excretados por las

clulas. Una opcin para el aprovechamiento de la biomasa y/u otros productosfotosintticos generados mediante la fijacin de CO2 es su reutilizacin como fuente de

energa, al tratarse de materiales combustibles con un alto valor energtico. Tal

aprovechamiento como biocombustible de los productos fotosintticos supone un reciclaje

de carbono, contribuyendo a la reduccin del consumo de los combustibles fsiles.

El objetivo central del proyecto ideado por estos investigadores andaluces es desarrollar y

evaluar en distintas instalaciones de cultivo a la intemperie una tecnologa para eliminar el

CO2 por cultivos de cianobacterias. Durante el proceso se genera, gracias a la fotosntesis,

cantidades considerables de biomasa y de polmeros carbonados con considerable calor de

combustin. Se pretende optimizar la produccin de exopolisacridos por una estirpe

halotolerante de la cianobacteria Anabaena, lo que representa el consumo de 1,7 unidades

de peso de CO2 por unidad de peso de producto generado. Estos cientficos proponen que

dichos polisacridos sean aprovechados y reutilizados por diferentes industrias.

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Para los proximos aos

Para los prximos aos, el hidrgeno, como combustible, es considerado como una fuente

potencial de energa renovable, la cual es clave para evitar an ms el deterioro de nuestro

medio ambiente, comparndolo con los combustibles fsiles obtenidos del petrleo que al

momento de llevar a cabo el procesode combustin son causantes de la mayor parte de las

emisiones de bixido de carbono (CO2), su uso como combustible permitir disminuir por

completo las emisiones globales de CO2 en nuestro planeta

BIBLIOGRAFIA

Levitt, B.P. Qumica Fsica Prctica de Findlay. Editorial Revert. 1979

Maron, S.H. & Prutton, C.F. Fundamentos de Fisicoqumica. Editorial Limusa.

1973

Gustavo pons muzzo qumica fisica 5 ediccion lima peru

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