1 RESUMEN Se determin la capacidad calorfica de un calormetro fabricado con un Beacker, un vaso de duroport y algodn; posteriormente se determin el calor de reaccin del sistema NaOH y HCL en el calormetro.A travs de los datos de temperatura del agua fra y caliente obtenidos con el termmetro se logr determinar la capacidad calorfica del vaso; el calor de reaccin del sistema se calcul al sumar el calor del calormetro ms el calor de la reaccin entre NaOH yHCl,apoyadossiempreporlosdatosdetemperaturadeltermmetro.Se obtuvo que el calor de reaccin de sistema es de 12.36 KJ/mol, mientras que la capacidad calorfica del calormetro fabricado es de 57.22 J/C. Esta prctica se realiz en el laboratorio de Qumica 4, a una temperatura promedio de 24C y una presin de 0.84 atm. 2 BJETIVOS General Comprender el funcionamiento de un calormetro. Especifico 1) Aplicar los conocimientos tericos vistos en clase para el clculo de calores. 2) Determinar la capacidad calorfica del calormetro fabricado. 3) Determinar el calor de reaccin de una neutralizacin entre un cido y una base. 4) Comprenderlosprocesosendotrmicosyexotrmicosdeuna reaccin. 3 MARCO TEORICO TERMOQUIMICA LaTermoqumicaseencargadeestudiarlascaractersticasdeuna reaccinqumica,conrespectoalrequerimientooliberacinenergtica implicada en la realizacin de los cambios estructurales correspondientes. Silaenergaqumicadelosreaccionantesesmayorqueladelos productosseproduceunaliberacindecalorduranteeldesarrollodela reaccin, en caso contrario se necesita una adicin de calor. Esto hace que las reacciones se clasifiquen en exotrmicas o endotrmicas segn que liberen o requieran calor. La reaccin entre hidrxido de sodio y cido clorhdrico es altamenteexotrmica,mientrasquelareaccindeformacindexidode magnesio a partir de oxgeno y magnesio es endotrmica. Ecuaciones Termoqumicas En termoqumica las reacciones qumicas se escriben como ecuaciones donde adems de las frmulas de los componentes se especifica la cantidad decalorimplicadaalatemperaturadelareaccin,yelestadofsicodelos reactivos y productos mediante smbolos "s" para slidos, "g" para gases, "l" paralquidosy"ac"parafasesacuosas.Elcalordeunareaccin,QR, usualmente se expresa para la reaccin en sentido derecho y su signo indica si la reaccin es exotrmica o endotrmica, de acuerdo a que si Reaccin exotrmica : QR < 0 Reaccin endotrmica : QR > 0 Calor de formacin de una sustancia 4 Es la cantidad de calor liberado o absorbido en la reaccin de formacin deunmoldeunasustanciaapartirdesuselementosconstituyentes.La reaccindeformacindelbromurodehidrgenogaseosoapartirdesus elementoscomponentesenestadogaseosoysucorrespondientecalorde formacin, a condiciones estndares, es: Los compuestos como el bromuro de hidrgeno gaseoso se denominan compuestos exotrmicos porque su reaccin de formacin es exotrmica, en caso contrario se llaman compuestos endotrmicos. Es importante notar que el cambio en el estado material de alguno de los componentes de una reaccin qumica producir un cambio en la cantidad decalorimplicaday/oenlanaturalezaenergticadelareaccin.Enla reaccin de formacin del agua no hay diferencias estructurales al obtenerla enformagaseosaolquida,peroenergticamenteesmayorlacantidad liberada cuando se forma un mol de agua lquida con respecto a la cantidad liberada cuando se forma un mol de agua gaseosa, como se puede observar en las siguientes reacciones de formacin: Los calores de formacin son determinados experimentalmente y para su estimacin se asume que el calor de formacin de los elementos en estado libre y en condiciones estndares es cero. La Tabla 1 muestra los calores de formacin de un conjunto de compuestos en condiciones estndares Calor de reaccin Eselcalorliberadooabsorbidoenunareaccinacondiciones determinadas.Esunapropiedadtermodinmicadeestadocuyovalor, 5 depende principalmente, de la temperatura de la reaccin y se calcula por la diferenciaentrelasenergasqumicasdelosproductos,Ep,ylos reaccionantes, Er, es decir, Cuando la suma de los contenidos calricos de los productos excede al delosreaccionantes,ladiferenciaeslacantidaddecalorrequeridaenla reaccinendotrmicayesdesignopositivo.Silasumadeloscontenidos calricos de los reaccionantes excede al de los productos la diferencia es la cantidad de calor liberada en la reaccin exotrmica y es de signo negativo Ley de Hess La Ley de Hess expresa que: "El calor de una reaccin es independiente del nmero de etapas que constituyen su mecanismo y, por lo tanto, depende slo de los productos (estado final) y reaccionantes (estado inicial)" La ley de Hess aplicada a la reaccin global resultante de la suma del conjunto de etapas que explican su mecanismo, permite calcular el calor de reaccinestimandoladiferenciaentrelasumadeloscalorestotalesde formacin de los productos y la suma de los calores totales de formacin de los reaccionantes, es decir: siendo np, y nr, los coeficientes estequiomtricos y Q0f, p y Q0 f,rloscaloresdeformacindecadaunodelosproductosyreaccionantes, respectivamente 6 Calor de combustin Eselcalorqueseliberaenunareaccindecombustindeun compuesto orgnico. Se entiende por combustin completa la oxidacin de un compuesto orgnico con el oxgeno del aire, producindose los gases bixido de carbono y vapor de agua, adems de la liberacin de una cantidad de calor. Si en vez de bixido de carbono se produce monxido de carbono o carbono en estado natural, se dice que la combustin es incompleta. Elgasnaturalo elpropanosongasesque ademsdeaprovecharlos conpropsitosdesntesisdeotroscompuestossonutilizadoscomo combustibles,tanto domsticacomoindustrialmente,debido asu grancalor decombustin.Losalimentosalserdigeridosporlosseresvivosson compuestosorgnicos(carbohidratos,lpidosyprotenas)transformados mediantemecanismosdereaccinquetotalizadoscorrespondenasus reacciones de combustin cuyos calores liberados son utilizados por la clula para su almacenamiento y funcionamiento. Loscaloresdecombustinsedeterminanexperimentalmenteysus valores son aprovechados para estimar calores de formacin de compuestos orgnicos difciles de estimar por otros mtodos. Capacidad calorfica La capacidad calorfica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energa calorfica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma ms rigurosa, es laenerganecesariaparaaumentarlatemperaturadeunadeterminada sustanciaenunaunidaddetemperatura.Indicalamayoromenordificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia trmica. Esunapropiedadextensiva,yaquesumagnituddepende,nosolodela 7 sustancia, sino tambin de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello,escaractersticadeuncuerpoosistemaparticular.Porejemplo,la capacidad calorfica del agua de una piscina olmpica ser mayor que la de un vasodeagua.Engeneral,lacapacidadcalorficadependeademsdela temperatura y de la presin. Lacapacidadcalorficanodebeserconfundidaconlacapacidad calorfica especfica o calor especfico, 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 calorfica y la masa del objeto. El calor especfico es una propiedad caracterstica de las sustancias y depende de las mismas variables que la capacidad calorfica. Calor de Reaccin Es el cambio de energa que se presenta del rompimiento o formacin deenlacesqumicos.Elcalordereaccinseexpresageneralmenteen trminosdecalorasokilocaloras(Kcal).Actualmentetambinseutilizael joule (J) como medida de energa cuando se habla de cambios qumicos. El calor de reaccin puede recibir diferentes nombres segn el tipo de cambio que se produce en la reaccin. Puede nombrarse entonces como: calor de formacin, calor de combustin, calor de neutralizacin, etc. Calormetro El calormetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor especfico de un cuerpo, as como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. 8 Eltipodecalormetrodeusomsextendidoconsisteenunenvase cerradoyperfectamenteaisladoconagua,undispositivoparaagitaryun termmetro. Se coloca una fuente de calor en el calormetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termmetro. Si se conoce la capacidad calorfica del calormetro, la cantidad de energa liberada puede calcularse fcilmente. Cuando la fuente de calor es unobjetocalientedetemperaturaconocida,elcalorespecficoyelcalor latente pueden ir midindose segn se va enfriando el objeto. El calor latente, que no est relacionado con un cambio de temperatura, es la energa trmica desprendidaoabsorbidaporunasustanciaalcambiardeunestadoaotro, como en el caso de lquido a slido o viceversa. Cuando la fuente de calor es una reaccin qumica, como sucede al quemar un combustible, las sustancias reactivassecolocanenunenvasedeaceropesadollamadobomba.Esta bombaseintroduceenelcalormetroylareaccinseprovocaporignicin, con ayuda de una chispa elctrica. Reaccin de Neutralizacin Las reacciones de neutralizacin, son las reacciones entre un cido y una base, con el fin de determinar la concentracin de las distintas sustancias en la disolucin. Tienen lugar cuando un cido reacciona totalmente con una base, produciendo sal y agua. Slo hay un nico caso donde no se forma agua enlareaccin,setratadelacombinacindexidodeunnometal,conun xido de un metal. 9 MARCO METODOLOGICO MATERIALES 2 Balones de 50 ml 1 Probetas de 100 ml 2 Beacker de 100 ml 1 Bureta1 Pipeta de 5 ml 1 Termmetro Soporto universal Pinzas REACTIVOS Alcohol clorhdrico Hidrxido de sodio Agua Destilada ALGORITMO PROCEDIMENTAL Estandarizacin 1.Se prepar una solucin 0.1 M de cido clorhdrico, en un volumen total de 50 ml 2.Sepreparunasolucin0.1Mdehidrxidodesodioenunvolumen total de 50 ml, para preparar la solucin. 3.Setom10mldesolucindehidrxidodesodioydescargoenun earlenmeyer 4.Se llen una bureta con la solucin patrn de cido clorhdrico. 5.Se colocaron dos gotas de Fenolftalena a la solucin de Hidrxido de sodio. 6.Haciendo uso de la solucin patrn se procedi a la estandarizacin del hidrxidodesodioagregandostagotaagota,hastaobservarun cambio en la coloracin del indicador. 7.SedeterminladensidaddelassolucionesdeHidrxidodesodioy cido clorhdrico preparadas. 10 DIAGRAMA DE FLUJO - ESTANDARIZACION INICIOFINPREPARAR SOLUCIONESAGREGAR FENOLFTALEINA A SOLUCIONAGRAGAR SOLUCION PATRON GOTA A GOTACAMBIA DE COLORDETERMINAR DENSIDADESNOSI 11 SULTADOS Condiciones de trabajo: Temperatura: 24C Presin: 0.84 atm INTERPRETACION DE RESULTADOS 12 Seobtuvieronresultadossatisfactoriosenlaprctica,enlosclculos tericosrealizadosencondicionesestndarlacapacidadcalorficadel calormetro mostro 80.6726 J/molC, mientras que los clculos experimentales encondicionesdelaboratoriomostraron57.22J/molC,estosedebe obviamente a las diferencias de temperatura y presin, y a la manera en que fue acondiciona el vaso dentro del beacker para fabricar el calormetro; esto es compensado porque cuando se realiza el clculo de calor de reaccin del sistema,eldatoobtenidofuede-12.36KJ/molencontrastedelos-12.33KJ/mol terico, hay una leve diferencia pero es natural considerando las condiciones ya mencionadas, el signo negativo de la reaccin se debe a que esexotrmica,esdecir,liberaenerga,lareaccindeNaOH+HClesuna neutralizacin, produce sal + agua y tambin libera calor. La separacin de los reactivossedebe alaprotonaciondeloscidosyladespronotaciondelas bases, es decir, los cidos donan cationes de hidrogeno y las bases los reciben En la prctica primero se calcul de la capacidad calorfica del calormetro ya que para la neutralizacin es indispensable el dato, se procedi a dicho calculo utilizando agua fra y agua caliente en punto de ebullicin, se coloco agua fra en el calormetro y luego se agreg el agua caliente, se realizaron 3 corridas y se anotaron los daros medidos con el termmetro, el resto fue algebraico para encontrareldato deseado. Luegodelclculodelcalormetroseprocedio a realizar el clculo del calor producido por la reaccin de NaOH y HCl pera ello se prepar una solucin a 1M, y se tomaron 30ml de cada solucin, luego se mezclaron y se midieron las temperaturas, tambin se realiz 3 veces. 13 CONCLUSIONES 1) Lacapacidadcalorficadelcalormetrofabricadofuede57.33J/mol*C. 2) El calor de reaccin de la neutralizacin entre hidroxido de sodio y alcohol clorhdrico fue de -12.36 KJ/mol 3) Los datos tericos y los datos experimentales fueron similares lo cual respalda lo visto en clase. 4) Cuando se mezclan dos sustancias ya sean iguales o distintas, estas buscan un equilibrio termico. 5)La reaccin entre NaOH y HCl forma agua y libera calor. 14 BIBLIOGRAFIA 1)Raymond,Chang.(2010).Calorimetria,10maEdicion.Mxico, McGraw-Hill. 2)Theodore Brown. (2011). Termoqumica, 11va Edicin. Mxico, Person 3)RalphH.Petrucci.(2011).Termoqumica,10maEdicion.Mxico, Prentice-Hall. 4)CapacidadCalorifica.[enlnea].Desconocido,2004-[fechade consulta, 13 de agosto 2014]. Disponible en:< es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_Calori%C3%ADfica > 5)Cambiosdeestadodelamateria.[enlnea].Desconocido,(2008)- [fecha de consulta, 13 de agosto 2014]. Disponible en:

6)RENo Company. (2008). Reacciones Qumica y Energa Calrica. [en lnea]. Desconocido - [fecha de consulta, 13 de agosto 2014]. Disponible en: 15 APENDICE DATOS ORIGINALES 16 MUESTRA DE CLCULO Calculo de Capacidad Calorfica del Calormetro Presin Atmosfrica:0.84 atm Temperatura Ambiente:24C Temperatura de Ebullicin de agua:96,33C Temperatura de Equilibrio trmico: 70.33C = (60) (4.186

) (79.33 96.33) (20) (4.186

) (79.33 24)(79.33 24) = 57.22

Calculo de Calor de Reaccion Presin Atmosfrica:0.84 atm Temperatura Ambiente:24C Temperatura de Equilibrio trmico: 26.0625C Capacidad Calorfica del Calormetro = 57.22 J/C Masa de la mezcla = 2.2938 gramos Molaridad: 1 M

17 Masa de la reaccin = (1 1 ) (1 1000 ) (39,99707 1 ) (30) = 1.99912 = (1 1 ) (1 1000 ) (36.4609 1 ) (30) = 1.093827 = 1.99912 +1.093827 = 2.2938 Calor de Reaccin = (2.2938291 ) (1.184

) (26.0625 24) + (57.22

)(26.0625 24) = 12.36 /es negativa por es una reaccin exotrmica 18 DATOS CALCULADOS Tabla I. Temperatura del Agua en el calormetro GrupoTH2O (1)TH2O (2)TH2O (3)Promedio 170 C78 C70 C72.6667 C 270 C71 C71 C70.6667 C 368 C70 C69 C69 C 469 C68 C70 C69 C Promedio70.3333 C Temperatura promedio = 70.33 CFuente: Laboratorio Tabla III. Temperatura de la reaccin entre NaOH y HCl GrupoTreaccin (1)Treaccin (2)Treaccin (3)Treaccin (4)Promedio 127 C28 C27 C27 C27.25 C 225 C25 C25 C25 C25 C 324 C24 C24 C24 C24 C 424 C24 C24 C24 C24 C Promedio25.0625 C Temperatura promedio = 26.0625 CFuente: Laboratorio Tabla III. Capacidad Calorfica del Calormetro SustanciaDato Tericoa Condiciones EstndarDatoExperimentala Condicin Normal AGUA80.6726J/*C57.22 J/*C Fuente propia Tabla IV. Calor de Reaccin NaOH + HClSustanciaDato Tericoa Condiciones EstndarDatoExperimentala Condicin Normal NaOH + HCl-12.33KJ/mol-12.36 KJ/mol Fuente propia 19 UNIVERSIDA DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENERIA ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA LABORATORIO DE QUIMICA 4 SECCION: I ING. GERARDO ORDOEZ PRACTICA #5 SOLUCIONES 1 WILLIAMS RENE SACALXOT CHOJOLAN CARNET:201231225 FECHA DE PRACTICA: 11/09/14 FECHA DE ENTREGA: 17/09/14 20 UNIVERSIDA DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENERIA ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA LABORATORIO DE QUIMICA 4 SECCION: I ING. GERARDO ORDOEZ PRACTICA #5 SOLUCIONES 1 WILLIAMS RENE SACALXOT CHOJOLAN CARNET:201231225 FECHA DE PRACTICA: 11/09/14 FECHA DE ENTREGA: 17/09/14 21 INDICE CONTENIDO RESUMEN ................................................................................................................ 1 OBJETIVOS ............................................................................................................. 2 MARCO TEORICO ................................................................................................... 3 MARCO METODOLOGICO ..................................................................................... 9 MATERIALES ....................................................................................................... 9 REACTIVOS ......................................................................................................... 9 ALGORITMO PROCEDIMENTAL ......................................................................... 9 DIAGRAMA DE FLUJO ....................................................................................... 10 RESULTADOS ....................................................................................................... 11 INTERPRETACION DE RESULTADOS ................................................................. 11 CONCLUSIONES ................................................................................................... 13 BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................... 14 APENDICE ............................................................................................................. 15 DATOS ORIGINALES ......................................................................................... 15 MUESTRA DE CLCULO ................................................................................... 16 DATOS CALCULADOS ....................................................................................... 18