PRACTICA CALOR DE REACCIÓN.

1. RESUMEN

En la práctica no.2 “calor de reacción”,  se determinó  el calor de neutralización entre acido clorhídrico (HCl) y el  hidróxido de sodio (NaOH); así como la capacidad calorífica del calorímetro fabricado.

Se colocó un vaso de poliestireno expandido dentro de un beacker aislando el espacio entre estos usando algodón. Se agrego agua a temperatura ambiente y posteriormente a temperatura de ebullición dentro del calorímetro, se midieron ambas temperaturas y se determinó la capacidad calorífica de este. Se preparo solución de ácido clorhídrico y de hidróxido de sodio, se midió su temperatura en el ambiente, posteriormente se vertieron ambas sustancias dentro del calorímetro y se midió su temperatura después de la reacción.

Se determino la capacidad calorífica del calorímetro Ccal Promedio = 0.0351 kJ/C, así como el calor de neutralización experimental de las sustancias antes mencionadas,  qrxn Promedio = -52.4686 kJ/mol  y mediante el cálculo de entalpias qteo = -56.13 kJ/mol, teniendo un porcentaje de error del 6.52%.

Las condiciones en las que fue realizada dicha práctica fueron de 23 oC, y bajo una presión  de 640 mmHg.

1. OBJETIVOS

1. Objetivo General:

1. Determinar la capacidad calorífica del calorímetro construido y el calor  de reacción de una neutralización entre un ácido y una base.

1. Objetivos Específicos:

1. Construir y conocer el funcionamiento básico de un calorímetro.

1. Conocer las características de una reacción de neutralización.

1. Analizar los datos obtenidos a través de un diagrama entálpico.

1. MARCO TEÓRICO

Podemos determinar la magnitud del flujo del calor, midiendo la magnitud del cambio de temperatura. La medición del flujo de calor se conoce como calorimetría. El cambio de temperatura que experimenta una sustancia cuando absorbe cierta cantidad de calor se determina mediante su capacidad calorífica.

1. Capacidad calorífica:

Es la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura de determinada cantidad de sustancia. A mayor capacidad calorífica, mayor es el calor requerido para producir un incremento en la temperatura. Es una propiedad extensiva.

1. Calor específico: 

Es la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de sustancia. Sus unidades son J/g*oC. Es una propiedad intensiva.

El calor específico Ce, de una sustancia, puede determinarse experimentalmente, midiendo el cambio de temperatura, que experimenta una masa conocida, de la sustancia cuando gana o pierda una cantidad específica de calor:

Ce = [pic 1]

Donde:

Ce = calor específico (J/g*oC)

 q = cantidad de calor transferido (J)

m = gramos de sustancia (g)

AT= cambio de temperatura (oC)

Reacomodando la ecuación tenemos:

q = Ce * m * AT

Por lo tanto podemos calcular la cantidad de calor que una sustancia ha ganado o perdido utilizando su calor específico junto con la masa medida y el cambio de temperatura.

Un cambio de temperatura en kelvin es igual, en magnitud, al cambio de temperatura en grados Celsius: AT en K = AT en oC.

3.3  Sistema y Entornos

Cuando se estudia el cambio de energía que acompaña a una reacción química en el laboratorio  los reactivos y productos constituyen el sistema, el recipiente y todo lo demás se considera el entorno. Los sistemas pueden ser abiertos, cerrados o aislados.

3.3.1 Sistema abierto: es aquél en el que la materia y la energía pueden intercambiarse con su entorno. Una olla con agua hirviendo en una estufa, sin su tapa, es un claro ejemplo de esto, el calor entra al sistema a través de la estufa y el agua se libera en forma de vapor.

3.3.2  Sistema cerrado: puede intercambiarse energía, pero no materia. Por ejemplo una mezcla de gas hidrogeno  H2 y oxigeno O2 en un cilindro, si estos reaccionan para formar agua, se libera energía. La forma química del sistema es modificada por la reacción pero no ha perdido ni ganado masa.

3.3.3 Sistema aislado: es aquel en el que no hay intercambio de energía ni de materia con el entorno. Un termo aislado que contiene café caliente es parecido a un sistema aislado.

3.4 Calor de Reacción

En un sistema termodinámico cerrado en el que tenga una reacción:

aA + bB = cC + dD

Se produce una rotura de enlace y formación de otro, por lo que habrá una variación de la energía interna del sistema.

Las reacciones químicas van acompañadas de cambios de energía que, generalmente,  corresponden a la absorción o desprendimiento de calor. Las reacciones químicas como las de combustión en las que se produce desprendimiento de calor reciben el nombre de exotérmicas. Los procesos en los que el sistema absorbe calor, como la fusión del hielo, son endotérmicos.  

La cantidad de calor absorbido o desprendido en cualquier proceso físico o químico depende de las condiciones experimentales en que se efectúe el proceso. Los dos casos más frecuentes son procesos a presión constante (reacciones en recipiente abierto, P = 1 atm) o procesos a volumen constante (reacciones en recipiente cerrado herméticamente, ΔV = 0).  

La magnitud termodinámica utilizada para expresar el calor liberado o absorbido por una reacción química cuando el proceso se lleva a cabo a presión constante, q, se denominada entalpía, H. Por convenio el calor absorbido por el sistema  tiene valor positivo y el liberado valor negativo.

Por tanto:

Para reacciones endotérmicas: ΔH = q p > 0

Para reacciones exotérmicas: ΔH = q p < 0

Referencia: BROWN, Theodore. Química “La ciencia Central”. University of Illinois at Urbana-Champaing. García Hernández, Ana Elizabeth, Traducido del Inglés. 12ª edición. Editorial Pearson; México, 2013. 177-183 págs.

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