DETERMINACIÓN DEL CALOR DE NEUTRALIZACIÓN.

DETERMINACIÓN DEL CALOR DE NEUTRALIZACIÓN  

OBJETIVOS

• Determinar experimentalmente el calor de neutralización de un ácido con una base.
• Determinar la variación de entalpia cuando un ácido fuerte es neutralizado por una base fuerte.
• Determinar la variación de entalpia cuando un ácido fuerte es neutralizado por una base débil
• Determinar el calor de neutralización de un ácido débil con una base fuerte.
• Identificar los motivos por los cuales la entalpia de neutralización puede variar dependiendo el tipo de ácido y base.

MARCO TEÓRICO

Una reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base. Cuando en la reacción participan un ácido fuerte y una base fuerte se obtiene sal y agua. Mientras que si una de las especies es de naturaleza débil se obtiene su respectiva especie conjugada y agua. Así pues, se puede decir que la neutralización es la combinación de cationes hidrógeno y de aniones hidróxido para formar moléculas de agua. Durante este proceso se forma una sal.

Las reacciones de neutralización son generalmente exotérmicas, lo que significa que desprenden energía en forma de calor.

Generalmente la siguiente reacción ocurre:

Ácido + base → sal haloidea + agua

El calor de neutralización de un ácido   y una base  se determina midiendo la máxima temperatura que se alcanza en un calorímetro al mezclar sendas disoluciones diluidas de ambos reactivos. Previamente, se determina el equivalente en agua del calorímetro. Con los datos experimentales se procede al cálculo de las magnitudes: ΔHneutro, ΔSneutro y ΔGneutro.

Toda transformación química se acompaña de absorción o liberación de energía que suele manifestarse en forma de calor y los procesos químicos pueden clasificarse en endotérmicos y exotérmicos respectivamente. En las reacciones químicas esta variación calorífica representa la diferencia entre el contenido energético de los productos y el de los reactivos, en las condiciones de p, V y T que se especifiquen.

Las leyes de la Termoquímica están basadas en el principio de conservación de la energía -Primer Principio de la Termodinámica-, y pueden enunciarse como sigue:

1) Ley de Lavoisier y Laplace: "El calor absorbido al descomponerse un compuesto, debe ser igual al calor desprendido durante su formación".

2) Ley de Hess: "El calor total de una reacción a presión constante es el mismo independientemente de los pasos intermedios que intervengan". La importancia práctica de esta Ley es extraordinaria, ya que, según ella, las ecuaciones termoquímicas pueden tratarse como algebraica y, en consecuencia, combinando adecuadamente aquellas, obtenidas experimentalmente, es posible calcular calores de reacción no susceptibles de determinación directa.

CALOR DE DISOLUCIÓN:

Cuando un soluto se disuelve en un disolvente, el proceso va acompañado de absorción o desprendimiento de calor, siendo su magnitud función de la concentración final de la disolución, y de las características químicas de los componentes, así como de las interacciones que entre ellos puedan establecerse. Se denomina calor integral de disolución, al calor absorbido o desprendido, a presión constante, al disolver un mol de soluto en n moles de disolvente. Para un soluto y solvente dados, dicho valor depende de la concentración de la disolución.

CALOR MOLAR DE NEUTRALIZACIÓN:

Es el calor producido en la reacción de neutralización de un mol de ácido, en solución acuosa, por un mol de una base también en solución. Este efecto térmico tampoco es constante para un mismo par ácido-base, sino que depende de la concentración y sólo toma un valor sensiblemente igual cuando se opera con disoluciones diluidas.

Cuando se trata de una reacción de bases fuertes (NaOH, KOH...) con ácidos fuertes (HCl, HNO3) el calor de reacción es independiente de la naturaleza de dichos componentes, ya que, al hallarse tanto éstos como las sales formadas disociados, la reacción que tiene lugar es.

OH- + H+ = H2O; ΔHo298 = -57,27 kJ·mol-1

En el caso de la neutralización de un ácido o base débil (CH3-COOH, NH4OH,...) el calor de reacción, a presión constante, puede ser algo menor a causa de la absorción de calor que tiene lugar en el proceso de disociación del ácido o base débiles. La neutralización en este caso puede considerarse como el resultado de los pasos consecutivos:

HA(aq) -> H+(aq) + A-(aq)
H+(aq) + OH-(aq) ->H2O (aq)
HA(aq) + OH-(aq) -> H2O(aq) +A-(aq)

MEDIDAS TERMOQUÍMICAS:

La medida de los cambios de calor que acompañan a las reacciones químicas, se realiza, en los casos más comunes, en una cámara en la cual se desarrolla la reacción, en un recipiente aislado, haciendo uso de un termómetro suficientemente sensible para medir la elevación o descenso de la temperatura.

Los dispositivos destinados a realizar estas medidas se denominan calorímetros o Dewar, y su capacidad calorífica ha de ser conocida. Su determinación se lleva a cabo efectuando en él una reacción cuyo calor sea conocido y midiendo la variación de la temperatura que se produce. La capacidad calorífica del calorímetro puede obtenerse entonces como masa de agua equivalente (A) expresada en unidades de masa, con la misma capacidad calorífica, calculada a partir de la igualdad:

Q= (m + A) Cp.ΔT

Dónde:
m = masa de agua dispuesta en el calorímetro

A = equivalente en agua del calorímetro (expresado en unidades de masa)

Cp = calor específico del agua a presión constante (a p = 1 atm)

ΔT = efecto térmico observado (diferencia de temperatura)

ENTALPIA:

Se entiende por entalpia de un proceso al calor desprendido o absorbido a presión constante. Es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que este puede intercambiar con su entorno, por ejemplo en una reacción química a presión constante, el cambio de entalpia del sistema es el calor absorbido o desprendido en la reacción.

PROCEDIMIENTO

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DATOS

• Datos para calcular la constante del Dewar.

100 ml de agua caliente

200 ml de agua fría

T1 = 3°C

T2 = 75°C

T3 = 25°C

• Volumen de las soluciones y masas de los reactivos al preparar la solución.

150 ml de una solución de HCL 0,5 N

• VHCL = 6.2 ml
• grHCL =7,38 gr

150 ml de una solución de CH3COOH 0.5 N

• VCH3COOH = 4,30 ml
• grCH3COOH = 4,50 gr

150 ml de una solución de NaOH 0,5 N

• grNaOH  = 3,0 gr

150 ml de una solución de HCl 0.5 N

• VHCL = 6.2 ml
• grHCL =7,38 gr

150 ml de una solución de NH4OH 0,5 N

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