Universidad nacional Santiago Antúnez de Mayolo - HuarazFacultad de Ingeniería de Minas Geología y Metalurgia

UNIVERSIDAD NACIONAL

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

QUÍMICA GENERAL II

TERMOQUÍMICA

Variación de la Entalpía en una Reacción Química de

Neutralización. Por Calorimetría

Alumno:

Jesus Aranda Dennis Rey 111.0802.460

Profesor:

Ing. Luis Maguiña Valverde

Fecha de Entrega: 18/11/11

Laboratorio Nº 22 de Química General II Página 1

Universidad nacional Santiago Antúnez de Mayolo - HuarazFacultad de Ingeniería de Minas Geología y Metalurgia

HUARAZ – 18 de Noviembre de 20111. OBJETIVO

Medir la capacidad calorífica del calorímetro y el calor o entalpía de una reacción de neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

TERMOQUIMICA

La Termoquímica (del gr. thermos, calor y química) consiste en el estudio de las transformaciones que sufre la energía calorífica en las reacciones químicas, surgiendo como una aplicación de la termodinámica a la química.Frecuentemente podemos considerar que las reacciones químicas se producen a presión constante (atmosfera abierta, es decir, P=1 atm), o bien a volumen constante (el del receptáculo donde se estén realizando).

Proceso a presión constanteEl calor intercambiado en el proceso es equivalente a la variación de entalpía de la reacción. qp = ΔrH

Proceso a volumen constanteEl calor que se intercambia en estas condiciones equivale a la variación de energía interna de la reacción. qv = ΔrU

CALORIMETRÍA

Mediante la calorimetría se puede medir el calor en una reacción química o un cambio físico usando un instrumento llamado calorímetro. Pero también se puede emplear un modo indirecto calculando el calor que los organismos vivos producen a partir de la producción de dióxido de carbono y de nitrógeno (urea en organismos terrestres), y del consumo de oxígeno.Donde:

ΔU = cambio de energía interna

Como la presión no se mantiene constante, el calor medido no representa el cambio de entalpía.

Laboratorio Nº 22 de Química General II Página 2

Universidad nacional Santiago Antúnez de Mayolo - HuarazFacultad de Ingeniería de Minas Geología y Metalurgia

Calorimetría a presión constanteEl calor medido es igual al cambio en la energía interna del sistema menos el trabajo realizado:

Como la presión se mantiene constante, el calor medido representa el cambio de entalpía.

CAPACIDAD CALORÍFICA

La capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma menos formal es la energía necesaria para aumentar una unidad de temperatura (SI: 1 K) de una determinada sustancia, (usando el SI). Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que la de un vaso de agua. En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión.

La capacidad calorífica no debe ser confundida con la capacidad calorífica específica o calor específico, el cual es la propiedad intensiva que se refiere a la capacidad de un cuerpo «para almacenar calor», y es el cociente entre la capacidad calorífica y la masa del objeto. El calor específico es una propiedad característica de las sustancias y depende de las mismas variables que la capacidad calorífica.

Medida de la capacidad calorífica

Para medir la capacidad calorífica bajo unas determinadas condiciones es necesario comparar el calor absorbido por una sustancia (o un sistema) con el incremento de temperatura resultante. La capacidad calorífica viene dada por:

Donde:

Laboratorio Nº 22 de Química General II Página 3

Universidad nacional Santiago Antúnez de Mayolo - HuarazFacultad de Ingeniería de Minas Geología y Metalurgia

C es la capacidad calorífica, que en general será función de las variables de estado.

Q es el calor absorbido por el sistema.

ΔT la variación de temperatura

Se mide en unidades del SI julios/K (o también en cal/°C).

La capacidad calorífica (C) de un sistema físico depende de la cantidad de sustancia o masa de dicho sistema. Para un sistema formado por una sola sustancia homogénea se define además el calor específico o capacidad calorífica específica c a partir de la relación:

Donde:

C es la capacidad calorífica del cuerpo o sistema

c es el calor específico o capacidad calorífica específica

m la masa de sustancia considerada

De las anteriores relaciones es fácil inferir que al aumentar la masa de una sustancia, se aumenta su capacidad calorífica ya que aumenta la inercia térmica, y con ello aumenta la dificultad de la sustancia para variar su temperatura. Un ejemplo de esto se puede apreciar en las ciudades costeras donde el mar actúa como un gran termostato regulando las variaciones de temperatura.

Planteamiento formal de capacidad calorífica

Sea un sistema termodinámico en el estado A. Se define la capacidad calorífica Cc asociada a un proceso cuasiestático elemental c que parte de A y finaliza en el estado B como el límite del cociente entre la cantidad de calor Q absorbido por el sistema y el incremento de temperatura ΔT que experimenta cuando el estado final B tiende a confundirse con el inicial A.

Donde , es una curva parametrizada mediante la temperatura, que representa el camino seguido en el espacio fásico durante el proceso c. La capacidad calorífica es, de este modo, una variable termodinámica y está perfectamente definida en cada estado de equlibrio del sistema

(el signo indica que no una función Q cuya diferencial sea precisamente , es decir, se trata de 1-forma no exacta).

Laboratorio Nº 22 de Química General II Página 4

Universidad nacional Santiago Antúnez de Mayolo - HuarazFacultad de Ingeniería de Minas Geología y Metalurgia

Calor específico y capacidad calorífica de algunos materiales

Laboratorio Nº 22 de Química General II Página 5

Universidad nacional Santiago Antúnez de Mayolo - HuarazFacultad de Ingeniería de Minas Geología y Metalurgia

3. MATERIALES Y REACTIVOSo Calorímetroo Termómetroo Probeta de 100mLo Vasos precipitados de 250mLo Espátula y balanzao Solución NaOH al 1Mo Solución HCl a 1Mo Hielo

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Experimento Nº 1 “Determinación de la capacidad calorífica del calorímetro”.

1. Colocar en el calorímetro 100mL de agua a temperatura ambiente (T1ºC)2. Agregar 100mL de agua helada al calorímetro.(T2ºC)3. Cerrar herméticamente el calorímetro con el tapón que lleva, incluido el termómetro.4. Agitar unos instantes para homogenizar la mezcla, y registrar la temperatura de

equilibrio.(T3ºC)

Experimento Nº 2 “Determinación del calor de Neutralización”.

1. Colocar en el calorímetro 100mL de NaOH 1M.2. Por otro lado medir 100 mL de HCl 1M en una probeta.3. Agitar las soluciones hasta que ambas adquieran la misma temperatura inicial (T1ºC).4. Verter el acido sobre la base, tapar el calorímetro y agitar continuamente.5. Anotar la temperatura mas alta observada (T2ºC)6. Considerando que la masa total es 200g (d= 1g/mL) y que su calor específico es la

unidad (Ce = 1cal/g ºC, calcular el calor molar de neutralización (Qn)

Qsist = 0

Q sol + Q cal + Qrx = 0

Q rx = - (Q sol + Q cal)

∆H = Qn = Qrx/n H2O

Laboratorio Nº 22 de Química General II Página 6

Universidad nacional Santiago Antúnez de Mayolo - HuarazFacultad de Ingeniería de Minas Geología y Metalurgia

5. CALCULOS Y RESULTADOS

Experimento Nº 1 “Determinación de la capacidad calorífica del calorímetro”.

Q = m.cp. (T final – T inicial)

Tº ambiente = 19ºCTº Helada = 5ºCTº en el calorímetro = 12ºC

Temperatura de agua Ambiente

Q = 200x 1x (12-19)Q = -1.4Kcal/ºC

Temperatura de Agua Helada

Q = 200 x 1x (12-5)Q = 1.4 Kcal/ºC

Hallando la capacidad calorífica del calorímetro

Q = cp (∆T)1400cal = cp (7)

Cp = 200cal/ºC

Experimento Nº 2 “Determinación del calor de Neutralización”.

TºNaOH = 16ºC

Tº HCl = 16ºC

Tº Eq = 18ºC

Qn = 200x 200x (2)

Qn = 80Kcal/ºC

Laboratorio Nº 22 de Química General II Página 7

Universidad nacional Santiago Antúnez de Mayolo - HuarazFacultad de Ingeniería de Minas Geología y Metalurgia

6. OBSERVACIONES

Se observo que cuando mezclamos el agua fría y el agua a temperatura ambiente, y adquirimos una temperatura de equilibrio. Esta misma al ser restada por las temperaturas iniciales obtendremos el mismo valor, sólo con el signo cambiado que indicaría quién gana y quién pierde energía calorífica.

Los calorímetros son recipientes que buscan la hermeticidad, para poder evitar cualquier pérdida de calor que aún no sea cuantificada. Ningún recipiente es 100% termoaislante.

Las reacciones que suceden de neutralización liberan cierta cantidad de energía, lo cual indica experimentalmente que es de tipo exotérmico.

7. CONCLUSIONES

Se logró Medir la capacidad calorífica del calorímetro y el calor o entalpía de una reacción de neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte.

Laboratorio Nº 22 de Química General II Página 8

Universidad nacional Santiago Antúnez de Mayolo - HuarazFacultad de Ingeniería de Minas Geología y Metalurgia

8. BIBLIOGRAFÍA

http://es.wikipedia.org/wiki/Termoqu%C3%ADmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico

http://www.ventusciencia.com/pdfs/10380.pdf

9. ANEXOS

Laboratorio Nº 22 de Química General II Página 9