CAPACIDAD CALORIFICA Y CALOR DE NEUTRALIZACION
PRACTICA #2 OBEJTIVO: -El alumno determinará experimentalmente la capacidad calorífica de un calorímetro. -El alumno determinará experimentalmente la entalpia molar de reacción para un par ácido fuertebase fuerte (calor de reacción de neutralización a presión constante).
INTRODUCCION En esta sección se estudia el uso de la función de la entalpía y de la función de la energía interna en conexión con los cambios de temperatura. Aunque ya hemos mencionado la capacidad calorífica, en conexión con las unidades y dimensiones, seamos ahora un poco más detallados en nuestras definiciones. La capacidad calorífica molar de una sustancia a volumen constante, C v, es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de 1 mol de la sustancia 1ºC a volumen constantes y a una temperatura dada. La capacidad calorífica molar de una sustancia a presión constante, C p, es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de 1 mol de la sustancia 1ºC a presión constante y a una temperatura dada. Se observará que las capacidades caloríficas aumentan en valor numérico al aumentar la complejidad de la molécula del gas. Para un gas monoatómico el único cambio en la energía interna, E, está asociado con un aumento en la energía cinética. Su valor numérico es esencialmente 3 cal por mol por grado, que se puede calcular a partir de la ecuación cinética de los gases. Algunas consideraciones cinéticas indican también que los valores de C p y de Cv para los gases monoatómicos, además de ser la mismas para todos esos gases, son también independientes de la temperatura. Para los gases poliatómicos se requiere energía calorífica para suministrar a las moléculas movimiento de rotación y movimiento de vibración. Como el grado de los efectos posibles de vibración aumenta con la complejidad de la molécula, el valor de la capacidad calorífica muestra un aumento paralelo. A diferencia de los gases monoatómicos, la capacidad calorífica de los gases poliatómicos aumenta con un incremento en la temperatura. Se puede ver que la diferencia entre los valores de Cv y Cp es esencialmente de 2 cal. Antes de demostrar que la diferencia entre Cp y Cv es de 1.99 calorías, identificaremos a Cp y Cv con el cambio en entalpía y con el cambio en energía interna respectivamente. Supongamos que se calienta un gas a volumen constante. No se efectúa ningún trabajo ya que no hay ningún cambio de volumen, y el valor de Cv se identifica con el cambio de E, ya que no hay más que energía cinética
con algo de energía de rotación y de vibración posiblemente. dado por la expresión
En el lenguaje del cálculo C v está
E Cv T T
Sin embargo, si se lleva a cabo el proceso a presión constante, deberá haber un aumento correspondiente en volumen, y Cp se identifica con el cambio en entalpía, ya que por definición H = E + PV. Nuevamente en el lenguaje del cálculo, H Cp T P
y por lo tanto Cp = Cv + Trabajo Efectuado Como el trabajo efectuado es igual al cambio en volumen multiplicado por la presión, Cp = Cv + P(V2 - V1) Para una mol de un gas PV2 es igual a RT2 y PV1 es igual a RT1. tanto,
Es más (T2 - T1) = 1ºC.
Por lo
Cp = Cv + R(T2 - T1) = Cv + R Se encontró que se podía expresar R en calorías por mol por grado, y en estas unidades tiene el valor de 1.99 (esencialmente 2). Por lo tanto, podemos tomar siempre la diferencia entre C p y Cv, como R calorías, sin introducir ningún error apreciable en los cálculos. Si consideramos Cp y Cv y su uso, observaremos que E está relacionado con el cambio de temperatura a volumen constante, y H está relacionado con el cambio a presión constante.
Calores de Transición Las transiciones implican el cambio de una forma cristalina a otra, como, por ejemplo, la conversión de azufre rómbico en azufre monoclínico. En estos párrafos limitaremos nuestro estudio a las transiciones durante procesos de fusión o evaporación, o durante los procesos inversos de solidificación y de condensación. Estas transformaciones se describen con cierto detalle, el calor molar de fusión se define como el calor necesario para fundir una mol de la sustancia a su punto normal de fusión sin que cambie la temperatura. El calor molar de evaporación es la cantidad de calor que se necesita para evaporar una mol de la sustancia a su punto normal de ebullición y bajo presión de 1 atmósfera sin que cambie la temperatura. Ambos procesos se llevan a cabo a presión constante, por lo que estos calores de transición son ejemplos especiales de H.
Termoquímica La termoquímica es la parte de la termodinámica que estudia los cambios de calor que acompañan a las reacciones químicas. En la termoquímica se modifica la ecuación balanceada usual para mostrar el estado físico de cada uno de los reactivos y de los productos. El valor numérico de H o de E, el valor de reacción a presión constante o a volumen constante, se dan después de la ecuación. En las ecuaciones en las que H tiene un valor negativo. De las convenciones establecidas, esto significa que se desprende calor y que estas reacciones son exotérmicas. Por los tanto por convención, el signo de H es positivo. El símbolo H indica que la reacción tiene lugar a presión constante. Si la reacción hubiese tenido lugar a volumen constante, se hubiese usado E. En otras palabras, el calor absorbido o desprendido en una reacción a presión constante es el cambio en entalpía, mientras que el calor que se absorbe o se desprende cuando la reacción tiene lugar a volumen constante es el cambio en energía interna. Bibliografia:http://www.4shared.com/file/yInhgNAR/capacidad_calorfica_y_calor_de.html
MATERIAL Y EQUIPO: Idéntico al manual de Química Industrial II pag.10 y 11
SUSTANCIAS -Agua destilada -Solución 1Mol de acido clorhídrico HCl -Solución 1Mol de Hidróxido de sodio NaOH
DESARROLLO EXPERIMENTAL Experimento No 1Determinacion de la capacidad calorífica del calorímetro. 1) Arme el equipo como se muestra en la figura.
2) Agregue 40mL de agua destilada (a temperatura ambiente), en el vaso de 100mL del calorímetro, medidos con la probeta. 3) Observe la temperatura hasta que permanezca constante. Anote su valor. t1= 23°C 4) Caliente en otro vaso 40mL de agua destilada, entre 60°C y 70°C. Anote su valor. t2= 70°C. 5) Tome el vaso con las pinzas y agregue el agua caliente al calorímetro.
6) Tape y agite constantemente.
7) Registre la temperatura de la mezcla cada 10 segundos hasta que se alcance el equilibrio térmico Tiempo 0 10 20 30 40 50 60 (s) Temperatura 43 43 42 42 42 42 42 C° 8) Anote el dato de temperatura de equilibrio térmico teq= 42°C
Experimento No2. Determinación del calor de reacción de neutralización. 1) Desaloje la mezcla de agua que tiene el calorímetro, séquelo y ármelo nuevamente. 2) Mida con la probeta, 40 mL de solución 1M de HCl (acido clorhídrico), agréguelo al vaso interior del calorímetro y registre su temperatura. Anote su valor tacido=23 C° 3) Mida 40mL de solución 1M de NaOH y registre su temperatura Anote su valor tbase=23C° 4) Agregue este reactivo al vaso interior del calorímetro. 5) Coloque la tapa del calorímetro y registre la temperatura que alcanza el sistema hasta que se estabilice (equilibrio térmico) Anote su valor teq=28 C° 6) Considere t1 con el promedio entre tacido y t base t1=23C° 7) Pese el vaso de 100mL con su contenido mvaso y solución=131.4g 8) Deseche la solución, enjuague y seque el vaso. 9) Pese el vaso vacío mvaso =51.8g
DATOS EXPERIMENTALES Experimento1 Agua Destilada Fría( t1) Agua destilada caliente (t2) tiempo (seg) temperatura C°
volumen 40mL 40mL 0 43
10 43
Temperatura 23C° 70C° 20 42
30 42
T en equilibrio 42C° 40 42
50 42
60 42
Experimento 2 Soluciones 1M de HCl (acido) 1M de NaOH(base)
Volumen 40mL 40mL
Temperatura 23C° 23C°
t1 tbase+tacido/2 23+23/2=23C°
mvaso y solución=131.4gmvaso=51.8g msolución=131.4g-51.8g=79.6g CALCULOS Capacidad calorífica del calorímetro C=k= - mH2OcalienteCpH2O(liq)(∆T)H2Ocaliente - mH2OfriaCpH2O(liq)(∆T)H2Ofria (∆TH2O)fria
δ70Cᵒ=.97781g/mL mH2Ocaliente= (δ)(V)=(.97781g/mL)(40mL)=39.1124g Cpagua liquida=4.186J/gCᵒ mH2Ofria=( δ)(V)=(1g/mL)(40mL)=40g C=K= - (39.1124g)(4.186J/gCᵒ)(42Cᵒ - 70Cᵒ) – (40g)(4.186J/gCᵒ)(42Cᵒ – 23Cᵒ) (42Cᵒ – 23Cᵒ) C=K= 4584.2861 J – 3181.36 J =73.8382 J/Cᵒ 19Cᵒ
teq 28C°
