MAR09FQI-A

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Facultad de qumica e ingeniera qumicaDepartamento acadmico de fisicoqumicaLaboratorio de fisicoqumica ITERMOQUMICA

Profesor:Garca Villegas, Vctor

Alumnos:Alvarado Huanca, Manuel Augusto 13070026Caycho Quiones, Jos 13070031Saavedra Casco, Yesenia Luz13070200

Fecha de realizacin de la prctica:10 de septiembreFecha de entrega del informe: 17 de septiembre

Lima-Per2013-IIINDICE

Resumen3Introduccin4Fundamento terico.5Detalles experimentales y clculos..............7Resultados ..9Discusin de resultados.12Conclusin..13Cuestionario..14Bibliografa..16

RESUMEN

En esta experiencia se llev a cabo una de las ramas ms importantes de la fisicoqumica.En esta prctica se determin la capacidad calorfica del sistema y el calor de neutralizacin, que se produjo en la reaccin de NaOH de y HCl de que se llevaron bajo las condiciones de 98% de humedad, 756 mmHg y 19 oC en laboratorio.El principal objetivo que se tuvo durante la experiencia fue el hallar el cambio trmico que acompaa a las reacciones qumicas, para ello se utiliz el mtodo de estandarizacin de la base (NAOH) con biftalato de potasio y luego con la ayuda de la base como valorante se estandariz el cido (HCl) obteniendo normalidades corregidas de 0.1826 para NaOH y 0.7974 para HCl. Tambin se trabaj con un calormetro que tiene una capacidad calorfica de 8.82 cal/oC que fue de mucha utilidad para hallar la temperatura de equilibrio de 15.6 oC del agua ya sea fra o helada con uso de algunos grficos y la capacidad calorfica del sistema la cual nos sali 208.82 cal/oC. Al final obtuvimos un calor de 13.92 kcal, obteniendo un error de aproximadamente de 2 % con respecto al terico que es -13.7 kcal, cabe mencionar que el signo demuestra que es una reaccin exotrmica.

INTRODUCCIN

La termoqumica o termodinmica qumica estudia las conversiones del cambio de energa qumica a trmica, el calor que se transfiere durante una reaccin qumica depende de la trayectoria seguida puesto que el calor no es una funcin de estado.Por tanto, la termoqumica posee una utilidad muy amplia, pues todas las reacciones qumicas manifiestan una ganancia o prdida de calor, que tambin puede manifestarse como trabajo. Por ello, visto desde una perspectiva industrial, con la termoqumica (la cual se apoya en la primera ley de la termodinmica) se evalan, las entropas y entalpas, para analizar que reacciones son favorables para un determinado proceso qumico industrial. Por ejemplo, la termoqumica es til en el estudio de los enlaces qumicos y suministra el material necesario para el estudio termodinmico de los equilibrios qumicos. Tambin, con ella se puede conocer el calor de combustin de un combustible, o en la medicina para conocer el poder calorfico de las grasas, azcares y protenas, como constituyentes energticos de los alimentos.

FUNDAMENTO TERICO1. TermoqumicaEsta rama de la Fisicoqumica consiste en la aplicacin del primer principio de termodinmica al estudio de reacciones qumicas. Trata de los cambios trmicos que acompaan a las reacciones qumicas y a los cambios fsicos conexos a estas.La expresin matemtica del primer principio de la termodinmica es la siguiente:

2. Tipos de reacciones termoqumicasSe pueden clasificar bajo 2 conceptos:a) De acuerdo al calor involucrado, se clasifican en reacciones exotrmicas , en las que hay liberacin de calor, y reacciones endotrmicas ) en las que se presentan absorcin de calor.b) De acuerdo al proceso qumico involucrado, el calor puede ser de neutralizacin, solucin, hidratacin, dilucin, formacin, reaccin, combustin, etc.

3. Calor de reaccinTodas las reacciones qumicas, van acompaadas de un efecto calorfico. Este efecto puede ser medido a presin constante a volumen constante , en el primer caso se mide la variacin de energa interna y el trabajo, en tanto que en el segundo caso solo se mide la variacin en energa interna. El calor de una reaccin exotrmica, tiene convencionalmente signo (-) y el de una endotrmica signo (+). Los calores de reaccin se miden en calormetros a presin o volumen constante. En ellos se aplica un balance de calor:

Donde:: Masa de sustancia.: Calor especifico de la sustancia.: Cambio de temperatura de la sustancia.Frecuentemente podemos considerar que las reacciones qumicas se producen a presin constante o bien a volumen constante: Proceso a presin constante (proceso isobrico)El calor que se intercambia en estas condiciones equivale a la variacin de energa interna de la reaccin.

Proceso a volumen constante (proceso isocoro)El calor intercambiado en el proceso es equivalente a la variacin de entalpa de la reaccin porque el trabajo exterior es nulo.

4. Calor de neutralizacinUn tipo de calor de reaccin es el de neutralizacin de cidos y bases. Cuando se usa soluciones diluidas de cidos y bases fuertes, la nica reaccin que se produce es la formacin de agua a partir de los iones H+ y OH-, de acuerdo a la ecuacin:

Cuando alguno de los electrolitos no es fuerte y/o cuando se usan soluciones concentradas, este valor varia ya que intervienen los calores de ionizacin y de dilucin.5. Capacidad calorficaSe llama capacidad calorfica de cualquier sistema, a la cantidad de calor requerida para elevar en un grado la temperatura del sistema. La cual se define, a volumen y presin constante, por la siguiente relacin:

6. Entalpa de reaccinUna funcin termodinmica llamada entalpia explica el flujo de calor en los procesos que ocurren a presin constante, cuando no se realiza otro tipo de trabajo ms que el P-V. La entalpia, la cual se denota con el smbolo , sumada al trabajo del sistema, PV, nos da la energa interna del sistema:

DETALLES EXPERIMENTALES Y CALCULOS1) Capacidad calorfica del calormetro:

-Secamos el calormetro por dentro y echamos 100mL de agua a temperatura ambiente (19C), mientras armamos el colocando el equipo (termmetro, agitador y pera) segn las indicaciones de la gua.-Enfriamos 100mL de agua hasta una temperatura de 11.9C y la echamos en la pera.- Abrimos la llave de la pera para dejar caer el agua helada, agitamos constantemente para homogenizar la temperatura, mientas la medimos cada 10 segundos hasta que la temperatura sea constante.-Ahora con la temperatura de equilibrio encontrada (15.6C), pasamos a hallar la capacidad calorfica del calormetro:

5.619.9ma la cual nos sali 20

-Para hallar la capacidad calorfica del sistema completo, hacemos lo siguiente:

2) Calor de neutralizacin de solucin 0.2N de NaOH con solucin 0.8N de HCl:-Pesamos 0.4028 g de biftalato de potasio y lo disolvemos en agua para valorar al NaOH.

-Valoramos 3mL de HCL con el NaOH para obtener su normalidad.

-Calculamos los volmenes que necesitaremos para hacer una reaccin de neutralizacin de modo que los volmenes sumen 200mL.

-Secamos el calormetro por dentro y colocamos la cantidad de NaOH necesaria dentro y la de HCl en la pera, ambas soluciones a una temperatura ambiente de 20C.-Abrimos la llave de la pera y medimos la temperatura dentro del calormetro cada 10 segundos hasta obtener una temperatura constante.-Para poder hallar el calor de neutralizacin, realizamos el siguiente procedimiento:

RESULTADOS

Condiciones de laboratorio Aproximadas:P (mmHg)756

T (C)19

1) Para la temperatura equilibrio del procedimiento 1, tenemos:Tiempo(s)Temperatura(C)

019

1018.4

2016.5

3015.6

4015.6

5015.6

De lo cual obtenemos la siguiente grfica T vs t:

Temperatura de equilibrio: 15.6CCapacidad calorfica del calormetro: 8.82 cal/Capacidad calorfica del sistema que pierde calor: 108.82 cal/Capacidad calorfica del sistema completo: 208.82 cal/

2) Para la temperatura de equilibrio en el procedimiento 2, tenemos:Tiempo(s)Temperatura(C)

020

1021.8

2022

3022

4022

De lo cual obtenemos la siguiente grfica T vs t: Temperatura de equilibrio: 22CCalor de neutralizacin: 13.921kcal/mol3) Porcentajes de error:Ahora compararemos el resultado experimental que obtuvimos del calor liberado con el valor terico:Tenemos la reaccin:HCl (ac) + NaOH (ac) NaCl (ac) + H2O (l)La entalpa de reaccin es:Este valor negativo nos reafirma que la reaccin fue exotrmica, pues se libera calor.Hallamos el error experimental, comparando el valor obtenido tericamente con nuestro resultado experimental:

Usaremos valores absolutos, el signo no es necesario.Por lo cual obtenemos que el error experimental es .

DISCUSIN DE RESULTADOS

Interpretacin de grficas:Para el primer procedimiento, podemos interpretar la grfica de la siguiente manera: La temperatura del agua en el calormetro fue disminuyendo mientras se mezclaba con el agua helada, hasta que llega un punto en el cual la grfica se mantiene estable en temperatura, por lo cual aseveramos que el sistema ha llegado a su temperatura de equilibrio.Para el segundo procedimiento, la interpretacin es parecida, ambos reactivos estaban a igual temperatura, una vez hechos reaccionar, la temperatura del sistema se ve en aumento, resultado de una reaccin exotrmica, por lo cual acertamos a decir que se pierde calor, la temperatura sigue en aumento hasta cierto punto, en el cual se vuelve constante, esta es su temperatura de equilibrio, donde ya se liber gran parte de calor en la reaccin.Errores:En el primer procedimiento, se pudieron haber generado errores a la hora de medir temperaturas, sea por una mala agitacin del sistema o por el tiempo empleado en medir nuevamente la temperatura del sistema antes de echar el agua helada (en ese tiempo, la temperatura del agua helada aumento ligeramente).En el segundo experimento pudo haber varios factores, entre ellos la inexactitud al medir volmenes en probetas, la aproximacin de decimales, las pequeas cantidades de solucin que quedaron en las probetas al trasvasarlas al termo y la pera, entre otros.El error experimental hallado para el calor de la reaccin no es muy grande, si se provoc fue por razones previamente explicadas, podramos afirmar que el trabajo fue bien realizado.

CONCLUSIONES

En la neutralizacin de un cido fuertemente ionizado (Solucin diluida) por una base fuertemente ionizada trae como consecuencia el calor de neutralizacin (reaccin exotrmica -H) La variacin de entalpa de una reaccin qumica es siempre la misma independientemente del camino al travs del que transcurra esto es, que el calor desprendido en una reaccin qumica es constante e independiente de que la reaccin se realice en una o ms etapas La mayora de los cambios fsicos y qumicos, incluido los que tienen lugar en los sistemas vivos, ocurren en condiciones de presin constante de la atmsfera. En el laboratorio, por ejemplo, con frecuencia las reacciones se realizan en vasos de precipitados, matraces o tubos de ensayo, que permanece abierto a los alrededores y, por lo tanto, su presin aproximada es de una atmsfera. Para medir el calor absorbido o liberado por un sistema durante un proceso a presin constante, los qumicos utilizan una propiedad denominada Entalpa que se representa por la letra H.

CUESTIONARIO

1. Explicar brevemente sobre los tipos de calores 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; como ya sabemos es una reaccin de neutralizacin. Puede ser representada por la siguiente ecuacin:HCl (ac) + NaOH (ac) NaCl (ac) + H2O (l) H 25C =-13680 cal

El calor de neutralizacin de cidos fuerte con bases fuertes y hasta incluso sus sales derivadas est completamente disociado en sus respectivos iones cuando se hallan en solucin acuosa suficientemente diluida.

La neutralizacin de soluciones diluidas 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.

2. Establezca la relacin entre H y U para una reaccin en fase gaseosa, y determine el H y U para la obtencin del amoniaco a partir de sus elementos en fase gaseosa.

Sabemos que H=U +PV, donde PV representa al trabajo y depende de la variacin de volumen, en el caso de slidos y lquidos, el volumen no vara mucho, por lo cual la H no difiere mucho de la U, cosa que no sucede en gases, donde la variacin de volumen puede ser grande, adoptando la idea de que el gas sea ideal, tambin podemos escribir:H=U + nRTAsumiendo una temperatura de 25C y una presin de 1 atm adems de haber variacin de volumenN2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)La entalpa se calcula como:

Tenemos las energas de enlace:N-N=161KJ/mol H-H=436KJ/mol N-H=391KJ/mol N enlaces rotos:

N enlaces formados:

1791KJ 2346KJ = 555KJ

3. Indique el procedimiento a seguir para determinar el H de una reaccin a temperaturas diferentes de la estndar.Si se quiere determinar la influencia que toma la temperatura sobre el calor de reaccin se debe derivar la expresin del calor de reaccin con respecto a la temperatura

Se sabe tambin que la derivada de la entalpia con respecto a la temperatura es igual a la capacidad calorfica a presin constante,

Se procede a integrar

Luego

Tambin de la ecuacin anterior representa la diferencia entre las capacidades calorficas de los productos menos las capacidades calorficas de los reactantes.

Reemplazando, para as poder obtener una expresin general que permite calcular el calor de reaccin a cualquier temperatura diferente a la de estndar.

BIBLIOGRAFA Gaston pons muzzo, fisicoqumica, sexta edicin, editorial universo S.A., Per. (pg. 70, 125, 131) Brown, Lemay, Bursten, Murphy, Qumica, la ciencia central, decimoprimera edicin, Pearson, Mxico, 2009. (pg. 175) Termoqumica, [en lnea], es.wikipedia.org/wiki/Termoqumica, (ledo el 14/09/2014). Efecto de la Temperatura sobre entalpas de reaccin, [en lnea], http://es.calameo.com/accounts/455916, (ledo el 14/09/2014).

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