Termodinámica química.

Práctica Número 4

Termodinámica química

Determinación de entalpía en disoluciones

4.1 Objetivo

Aprender a armar un calorímetro para obtener mediciones de temperatura antes y después de una reacción y determinar si esta fue endotérmica o exotérmica. Comprender los cambios de la materia desde el lado de la termoquímica.

4.2 Fundamento Teórico

4.2.1 Procesos endotérmicos y exotérmicos.

Al aislar una región se denomina como sistema y todo lo que le rodea es llamado ambiente. Podemos analizar el comportamiento de un sistema dependiendo de la transferencia de energía que haya entre este y su entorno. Para clasificar lo ya mencionado existen dos procesos, endotérmico y exotérmico.

En el primero el sistema ya sea abierto o cerrado,  absorbe calor del ambiente. Esto quiere decir que la energía se transporta desde afuera hacia adentro de la región aislada. Un ejemplo de lo mencionado es que cuando se derrite hielo en un recipiente, este se enfría porque el proceso de fusión está absorbiendo el calor de lo que lo contiene.

En el proceso exotérmico la energía se dirige desde el sistema hacia afuera de él, al ambiente, calentándose así la región que rodea. Un ejemplo de esto puede ser la combustión de la gasolina, pues esto por experiencia nos hace recordar que la liberación de energía en este caso se puede sentir cada vez más al acercarse a algún sistema que esté en llamas.

4.2.2 Entalpía de reacción.

Entalpía desde el origen de la palabra, significa calentar, y es importante su estudio para descifrar el flujo que tiene el calor en los procesos que ocurren bajo la presión que la atmósfera ejerce sobre la tierra, considerada presión constante.

Cuando la entalpía cambia en un proceso ya sea endotérmico o exotérmico, es denominada entalpía de reacción o calor de reacción. Cuando un sistema libera calor, como la combustión de cualquier objeto como gas hidrógeno, la entalpía pasa a ser negativa en el sistema porque se está liberando calor desde el sistema hacia el ambiente. Este proceso es llamado exotérmico.

Estas reacciones cuando se representa la transferencia de calor mediante signos negativos y positivos dependiendo del cambio, son llamadas ecuaciones termoquímicas.

La entalpía es una propiedad extensiva. Esto quiere decir que puede cambiar en magnitud con respecto a la variación del reactivo que se consuma en una reacción, ya sea en mayor o menor cantidad, el calor de reacción varía también.

El cambio de entalpía en una reacción es la misma en cantidad pero de signo contrario al invertir una reacción ya hecha. Esto quiere decir que si unes dos reactivos y al reaccionar para formar el o los productos se libera calor, la entalpía de reacción tendrá algún valor negativo y de misma forma cuando esos productos se unan como reactivos y se pueda volver a hacer la reacción de forma inversa, la entalpía tendrá la misma magnitud pero ahora será positiva, generando un proceso endotérmico en el sistema.

El cambio de calor de una reacción a presión constante en la interacción de un sistema depende de los estados de los reactivos y los productos. Por eso es importante poner, en las ecuaciones termoquímicas, los estados ya sea sólido, (s) líquido (l), o gaseoso (g), incluso si está en una disolución acuosa (ac).

La entalpía ya mencionada se puede calcular mediante la medición de la temperatura por medio de un sistema reaccionando como a continuación se presenta en el siguiente reporte.

4.3 Material, equipos y reactivos

4.3.1 Material

1. 2 Termómetros
2. Agitador magnético
3. 1 Tapón de hule del número 1
4. 1 Probeta de 50 mL
5. 1 Material aislante
6. Parrilla de agitación
7. 1 Matraz Erlenmeyer de 50 mL

4.3.2 Equipos

1. Balanza analítica

4.3.3 Reactivos

1. Cemento 2 g
2. Hidróxido de sodio, NaOH, dos hojuelas
3. Ácido clorhídrico HCl, 3 mL
4. Agua destilada H2O, 30 mL
5. Nitrato de potasio, KNO3, 1 g

4.4 Diagrama de flujo

 [pic 1][pic 2][pic 3][pic 4]

[pic 5]

[pic 6][pic 7][pic 8]

4.5 Desarrollo de la práctica

4.5.1 Actividad 1. Construcción del calorímetro

1. Verifiqué, en el calorímetro ya armado, que el termómetro no estuviera tocando el matraz.
2. Coloqué el calorímetro sobre el material aislante y los puse sobre la parrilla de agitación.

4.5.2 Actividad 2. Determinación de la variación de entalpía en una disolución ácido-base

1. Pesé y registré el peso del matraz Erlenmeyer.
2. Con la probeta y propipeta, medí 5 mL de agua y los vertí en el matraz. Repetí este proceso para completar los 10 mL.
3. Coloqué el matraz sobre la tapa de agitación, lo tapé y observé qué temperatura indicaba el termómetro.
4. Pesé y registre dos hojuelas de hidróxido de sodio.
5. Las coloqué en el matraz, lo tapé rápidamente, introduje el matraz en el material aislante y después puse ambos sobre la parrilla.
6. Observé la temperatura marcada y la registré cuando se puso estable.
7. Tiré el líquido en el recipiente para disoluciones iónicas.
8. Agregué de nuevo 10 mL de agua al matraz, donde repetí los pasos necesarios.
9. Medí 3 mL de ácido clorhídrico y los vertí sobre el agua.
10. Rápidamente lo tapé y lo coloqué dentro del material aislante sobre la parrilla que luego encendí.
11. Registré la temperatura marcada por el termómetro cuando esta se estabilizó.
12. Tiré el recipiente para ácidos.

4.5.3 Actividad 3. Determinación de la variación de entalpía asociada a la disolución de un sólido iónico

1. Con la probeta y propipeta, medí 5 mL de agua y los vertí en el matraz. Repetí este proceso para completar los 10 mL.
2. Conecté la balanza analítica y puse la charola para pesar, después presioné “Yes” para calibrar.
3. Pesé un gramo de nitrato de potasio y lo vertí en el matraz.
4. Tapé el matraz con el calorímetro y lo puse sobre la parrilla de agitación.
5. Encendí la parrilla y registré la temperatura marcada.
6. Tiré la mezcla en el recipiente para soluciones iónicas.

4.5.4 Actividad 4. Determinación de la variación de la entalpía asociada al mezclar el cemento con agua

1. Con la probeta y propipeta, medí 5 mL de agua y los vertí en el matraz. Repetí este proceso para completar los 10 mL.
2. Puse la charola en la balanza, después presioné “Yes” para calibrar.
3. Pesé dos gramos de cemento que coloqué en el matraz.
4. Introduje el calorímetro en el matraz y lo puse sobre la parrilla de agitación.
5. Encendí la parrilla y registré la temperatura cuando esta se estabilizó.
6. Tiré la mezcla en el recipiente para cemento.

4.5.6 Observaciones

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