TERMOQUMICA

Lab. Termodinmica 05-06

TERMOQUMICA

INTRODUCCIN TERICA

Calor integral de disolucin.

Se define como la variacin de entalpa que se produce al disolver una determinada cantidad de soluto en cierta cantidad de disolvente. En esta prctica se calcular el calor integral de disolucin del cloruro amnico y del hidrxido sdico en agua.

Calor de neutralizacinEn esta experiencia se determina el calor liberado cuando se combina un in hidronio con un in oxidrilo.

H3O+ + OH = 2 H2O

Cuando se neutraliza un cido fuerte con una base fuerte (los cidos, las bases fuertes y sus sales pueden considerarse completamente disociados en disoluciones diluidas), se considera que el calor liberado es debido a la reaccin anterior.

Para cidos y bases dbiles el calor de neutralizacin es menor debido a que parte de la energa puesta en juego en el proceso se absorbe en la disociacin de stos cidos y bases. En esta prctica se determinar el calor de neutralizacin del hidrxido sdico con los cidos sulfrico y clorhdrico respectivamente.

MATERIAL

Vaso Dewar provisto de tapa y con agitadorBalanza

TermistorEmbudo

Multmetro digitalCuchara

Termmetro convencionalCloruro amnico puro

Vaso de precipitados 500 cm3Hidrxido sdico puro en lentejas

Probeta de 250 cm3Hidrxido

Probeta de 100 cm3cido sulfrico 1N

Mechero Bunsencido clorhdrico 1N

Trpode y rejilla

SENSOR DE TEMPERATURA

Todas las medidas de la temperatura se realizan con un termistor. Como es sabido, la magnitud termomtrica en stos es la resistencia, que se relaciona con la temperatura mediante la ecuacin:

R = A e B/TEl termistor empleado en esta prctica ha sido calibrado previamente en la prctica anterior. La lectura de la resistencia del termistor se realiza mediante un multmetro digital. Los valores de los parmetros A y B del ajuste son:

A = 330.0

B = 325.0 K

MTODO EXPERIMENTAL

Clculo del equivalente en agua del calormetro

En primer lugar se toma la temperatura del calormetro vaco (que previamente se habr limpiado y secado), mantenindolo tapado y con el agitador en su interior. Seguidamente pesamos una masa M de agua con la balanza (aproximadamente 300g) y se calienta unos 10 grados por encima de la temperatura del calormetro, introducindola a continuacin dentro del mismo despus de haber medido su temperatura.

Esta masa M ceder una cierta cantidad de calor al sistema formado por calormetro + agitador + termmetro, que se emplear en elevar su temperatura hasta la T de equilibrio. Experimentalmente se considerar que se ha alcanzado dicho equilibrio cuando la lectura del multmetro no vare en unos minutos.

Si el aislamiento del calormetro es perfecto, la conservacin de la energa exige que:Qabsorbido + Qcedido = 0

con lo que :

K (Te Tc) = M (Ta Te)

siendo:

K = equivalente en agua del calormetro + agitador + termmetro.

M = masa del agua caliente.

Te = Temperatura de equilibrio.

Tc = Temperatura del calormetro vaco.

Ta = Temperatura del agua caliente.

Por tanto, el equivalente en agua del calormetro ser:K = M (Ta Te) / (Te Tc)

Clculo del calor integral de disolucin

En primer lugar determinaremos el calor integral de disolucin del cloruro de amonio. Se limpia y se seca el calormetro, introduciendo a continuacin una masa Ma de agua (aproximadamente 300 g, que se pesarn con exactitud) a temperatura ambiente. Se tapa el calormetro y se mide la temperatura Ti. Se aade una pequea cantidad, Ms (5 g) de cloruro amnico puro, que se habr pesado previamente. Se agita la mezcla con el calormetro tapado, hasta conseguir que el soluto se disuelva completamente. Seguidamente se mide la temperatura Tf de la disolucin.El calor integral de la disolucin, Q, es el calor intercambiado en el proceso de mezcla por gramo de soluto, cuando este se lleva a cabo a presin constante. Q puede calcularse a partir de la temperatura alcanzada en un proceso de mezcla adiabtico, es decir:

Ms Q = (Ms + Ma + K)) c (Ti Tf)

siendo: Ms la masa de soluto (ClNH4), Ma la masa de disolvente (H2O) y K el equivalente en agua del sistema calormetro + agitador + termmetro, c es el calor especfico de la disolucin, Ti la temperatura inicial y Tf la temperatura final. De la ec. anterior resulta:

Q = (Ms + Ma + K)) c (Ti Tf) / MsSi Q es positivo el proceso es endotrmico, y si es negativo es exotrmico. El calor integral de disolucin H, o variacin de entalpa, ser H = Q.

Al hacer el clculo numrico tmese c = 1 cal g-1 K-1 (calor especfico del agua). Repetir la experiencia con unos 3 g de NaOH (la cantidad que se use se ha de determinar con exactitud).

Clculo del calor de neutralizacinLa reaccin se efectuar en el calormetro, que habr de estar perfectamente seco y tapado durante toda la experiencia.

Las mediciones del calor de reaccin entre el hidrxido de sodio, NaOH, y el cido se efectan colocando primeramente 150 cm3 de hidrxido de sodio 1N en el calormetro. Se mide su temperatura Ti. Se aaden 50 cm3 de cido sulfrico 1 N en el calormetro. Se agita rpidamente y se anota la temperatura Tf. El cido sulfrico que se ha aadido debe estar a la misma temperatura que el hidrxido de sodio en el momento en que se va a verter en el calormetro.

Suponiendo que la densidad de las disoluciones y su calor especfico son los mismos que los del agua pura ( = 1 g/cm3, c = 1 cal/g K ), el calor q liberado en la reaccin ser:

q = (K + m(NaOH) + m(SO4H2)) c (Ti Tf) = (K + 150 + 50) c (Ti Tf)

siendo ahora K el equivalente en agua del calormetro.

Solo se neutralizarn 50 cm3 de NaOH, que equivalen a 0.05 moles (pues la disolucin era 1 N). Por tanto, el calor liberado al mezclar 1 litro de cido 1 N con 1 litro de base 1 N ser q/0.05 y el calor de neutralizacin ser 20 q.

Efectuar nuevamente la experiencia pero ahora con cido clorhdrico.

PRESENTACIN DE RESULTADOS1) Equivalente en agua del sistema calormetro + agitador + termmetro

a) Valores experimentales de la resistencia () y su equivalente en temp. (C)

b) Valor de K.2) Calor integral de la disolucina) Valores experimentales de la resistencia () y su equivalente en temp. (C)b) Valor del calor integral de la disolucin del ClNH4 puro.c) Valor del calor integral de la disolucin del NaOH puro.

3) Calor de neutralizacina) Valores experimentales de la resistencia () y su equivalente en temp. (C)b) Valor del calor de neutralizacin de 1 l de NaOH 1 N con 1 l de SO4H2 1 N.

c) Valor del calor de neutralizacin de 1 l de NaOH 1 N con 1 l de ClH 1 N.En todos los apartados hay que hacer el correspondiente clculo de errores, as como expresar todas las magnitudes con sus unidades correctas.

PRECAUCIONES

Dadas las sustancias con las que se trabaja en esta prctica, se recomienda tener cuidado en la manipulacin de las mismas, evitando el posible contacto con la piel o la ropa.