Calor De Neutralizacion

RESUMEN

La determinación de los calores de neutralización y formación se llevó a cabo mediante procesos calorimétricos. Para la determinación del calor de neutralización, se hizo reaccionar 50mL de NaOH 1M con 50mL de HCl 1M, obteniéndose un valor para la entalpía de neutralización de -14,625 kcal/mol, y de -14,175 kcal/mol al mezclar 50 mL de CH3COOH 1M con 50mL de NaOH 1M. Por otra parte, se determinó el calor de formación del sulfato de magnesio mediante la Ley de Hess, al estudiar las energías relacionadas a los procesos de disolución de magnesio en ácido sulfúrico, y la disolución de sulfato de magnesio en agua, obteniéndose una entalpía de formación igual a -1270,8 kJ/mol.

Palabras Claves: calor de neutralización, calor de formación, entalpía, Ley de Hess.

INTRODUCCIÓN

La calorimetría es la rama de la ciencia que se ocupa de las investigaciones de las propiedades térmicas de las sustancias. Es la ciencia y tecnología que se encarga de medir con precisión la energía y la entalpía asociada con reacciones químicas o un cambio físico, mediante el uso de un calorímetro. Con estudios calorimétricos se han obtenido mediciones precisas de los puntos triples, curvas de saturación, calores específicos y muchas otras propiedades térmicas1.

Para toda reacción química, está ligado una cantidad de calor que es cedido o absorbido. El calor involucrado en las reacciones entre ácidos y bases (referido a un mol de estas sustancias), se denomina calor de neutralización, en estos procesos, la reacción fundamental es la unión de un mol de OH- con un mol de H+, para formar agua. Para ácidos fuertes, el calor de liberado en la reacción de neutralización es igual a 13,7 Kcal/mol; y 13,33 Kcal/mol para ácidos débiles, en términos de entalpía estas cantidades son negativas, ya que involucran reacciones exotérmicas2.

Otro proceso termoquímico, es el calor de formación de una sal, definido como el calor de la reacción de síntesis de una sustancia iónica a partir de sus elementos. La medida experimental de estas entalpías de formación no puede realizarse en un solo paso. En estos casos tales determinaciones se llevan a cabo mediante varios pasos, de acuerdo a la Ley de Hess, que enuncia la independencia del calor de reacción con el número y la naturaleza de los pasos independientes, destacando el carácter aditivo de la entalpía3.

En el presente trabajo se realizó un estudio para la determinación de la entalpía de neutralización de ácidos y bases; y la entalpía de formación del MgSO4 mediante la aplicación de la Ley de Hess, a través de procedimientos calorimétricos.

PARTE EXPERIMENTAL4

DETERMINACIÓN DEL CALOR DE NEUTRALIZACIÓN

Par ácido fuerte – base fuerte

Se determinó inicialmente la capacidad calorífica del calorímetro. Se vertió en el recipiente interno del calorímetro 50 mL de HCl 1M, determinando la temperatura de la solución ácida. Luego se midió 50 mL de una solución de NaOH 1M y se igualó la temperatura de ésta, a la temperatura de la solución ácida. Una vez obtenida la uniformidad en la temperatura de ambas soluciones (Ti), se agregó rápidamente la solución alcalina al ácido, tapando el calorímetro y midiendo la temperatura por intervalo de 30s durante 5min. Tomando la temperatura estabilizada más alta obtenida, como Tf.

Este procedimiento fue repetido empleando un par ácido débil – base fuerte, utilizando CH3COOH y NaOH ambos de concentración 1M.

DETERMINACIÓN DE LA ENTALPÍA DE FORMACIÓN DEL SULFATO DE MAGNESIO (MgSO4)

De acuerdo a la Ley de Hess, se llevaron a cabo dos procesos calorimétricos para determinar la entalpía de formación del MgSO4:

Entalpía de disolución del Magnesio (∆H1)

Se colocó 50mL de solución de ácido sulfúrico 0,5M en el vaso del calorímetro, y se registró su temperatura una vez estabilizada como (Ti). Luego se limpió unos centímetros de cinta de magnesio para remover oxidación superficial, se enjuagó con agua destilada y secó. Posteriormente se pesaron 0,1921g de la cinta tratada, y se agregó rápidamente a la solución ácida. Se tapó el calorímetro y se midió la temperatura por intervalo de 30s durante 5min. Tomando la temperatura estabilizada más alta obtenida, como Tf.

Entalpía de disolución del sulfato de magnesio (∆H2)

Se vertió 50 mL de agua destilada en el recipiente interno del calorímetro, midiendo su temperatura estabilizada como Ti. Se pesaron 2,0023g de sulfato de magnesio anhidro, y se agregó al calorímetro. . Se tapó el calorímetro y se midió la temperatura por intervalo de 30s durante 5min. Tomando la temperatura estabilizada más alta obtenida, como Tf.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Antes de llevar a cabo los procesos calorimétricos para la determinación de los calores de neutralización y formación, fue necesaria la calibración del calorímetro empleado en las experiencias. Su capacidad calorífica fue igual a 12,5 Cal⁄(ºC) , en la sección 1 de los anexos se detallan los cálculos referentes al proceso de calibrado del instrumento.

DETERMINACIÓN DEL CALOR DE NEUTRALIZACIÓN

El calor de neutralización fue estudiado para dos parejas ácido – base, una de ellas formada por ácido fuerte – base fuerte (HCl – NaOH) y un par ácido débil – base fuerte (CH3COOH – NaOH), de tal forma que se establezcan diferencias entre los calores liberados en la reacción de ácidos de diferentes naturalezas. En la Tabla 1 se muestran los resultados experimentales obtenidos para tales cantidades de energía liberada en forma de calor, luego de las reacciones de neutralización.

TABLA 1

Variables químicas y fisicoquímicas en la determinación del calor de neutralización de pares ácido – base.

Par ácido fuerte – base fuerte

50mL HCl 1M – 50mL NaOH 1M Par ácido débil – base débil

50mL CH3COOH 1M – 50mL NaOH 1M

Ti/ºC Tf/ºC ∆H/((kcal)⁄mol) Ti/ºC Tf/ºC ∆H/((kcal)⁄mol)

24,9 31,4 -14,625 25,1 31,4 -14,175

En la Tabla 1, se muestran los datos experimentales correspondientes a cada proceso calorimétrico, y los resultados obtenidos para los calores de neutralización (Véase la sección 2 de los anexos para detallar los cálculos de los calores de neutralización para ambos pares ácido – base). Como era esperado el calor de neutralización liberado al hacer reaccionar HCl y NaOH es mayor en comparación con la cantidad de energía disipada cuando el ácido es débil, en este caso ácido acético.

El par HCl – NaOH, son especies fuertes que se disocian completamente en agua:

...