Calorimetria

- Integrantes :

Diego Silva Jose Gonzalez Yañez - Profesor: Luís Rojas. - Asignatura: lab.fisico-quimica - Grupo: A. - Fecha: 1 de octubre de 2008.

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Introducción: El siguiente práctico tiene por finalidad medir el calor de diferentes reacciones tales como: de fusión, precipitación, neutralización y disolución. Para ello es necesario definir calor lo q significa flujo de energia desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura alcanzando el equilibrio termico, esta ultima tambien tiene relacion que la agitación interna de un sistemas, en conclusión entre mas agitación mayor será la temperatura, el calor se mide en Jolues .Otro concepto a considerar es calor especifico y capacidad calorifica, Lo que refiere a calor especifico tiene relacion con la cantidad de calor que hay que suministrar para elevar la temperatura de 1 gramo de sustancia en 1 grado Celsius, El segundo termino denominado capacidad calorífica se define como la cantidad de calor que hace variar la temperatura de la sustancia en 1 grado Celsius. Es importante señalar que dentro de estas reacciones existen procesos que pueden ser de liberación o absorción de calor para ello la entalpia puede dar una predicción siendo negativa cuando es exotérmica (liberación de calor) y positiva endotérmica(absorción de calor), para este y la mayoria de los practicos se trabaja a presion constante por lo que se puede afirmar que:la variación de entalpia sera igual al calor de reacción a presion constante. El calorimetro es un aparato reactor que esta formado por paredes adiabaticas lo que señala que impide el intercamio de calor desde el sistema al entorno para ellos se deja un espacio al vació entre el vidrio exterior y el interior. Para decir que se trabaja con un sistema adiabatico cabe definir los que es sistema y entorno, sistema se define como el lugar de reaccion o donde se esta produciendo un trabajo y sistema es lo que rodea a este sistema cuando es un sistema adiabatico como lo es en el uso de un calorimetro no hay intercambio de calor entre este y su entorno. La suma del entorno y el sistema esta denominado como universo.

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Objetivos: Objetivos generales: - Manipular adecucadamente el calorimetro - Medir el calor de reaccion Objetivos especificos: - Diferenciar las reacciones en caso que sea endotermicas o exotermicas - Calibracion del calorimetro - Medir las temperaturas de los reactivos y en relacion a ello predecir su comportamiento

Materiales y Métodos: - Calorímetro - Termómetro - probetas (100ml ortuna wgc) - Papel mantequilla - Vaso precipitado(50ml) - Varilla de vidrio - Mechero - Pinzas - Tubo de ensayo - Balanza granataria - agua destilada - Hielo - Reactivos: CuS04 NaOH HCl Na2S04

Procedimiento: 1- Calibracion del calorimetro Para llevar a cabo el propósito, en primer lugar es necesario calibrar el calorímetro para asi obtener su capacidad calorifica que se ocupara como constante para el resto del practico. Calibración: Lo que se hace es verter 65 ml de agua destilada medidos en una probeta de (100ml) y se mide la temperatura con el termómetro lo que indica T1=17grados Celsius, simultáneamente se estaba calentando 85 ml puesto en un vaso precipitado de 50ml en el mechero. Se dejo esperara hasta que la temperatura entre ambas fuera superior en 20 grados a las primera se anoto su valor T2=55 grados Celsius se vierte al calorimetro y se agita con la varilla de vidrio y se determina la temperatura final o de equilibrio del sistema que es 35 grados Celsius.Aplicando la formula se obtiene un C del calorimetro igual a 627,9 J/c o 0,627 KJ/c.

2- Calor de fusión de hielo: Se vierte 80 ml de agua al calorimetro y se mide la T1=20 grados Celsius, mientras se Pesaba el vaso precipitado de 50 ml en la balanza granataria lo cual era 113,2 g,posterirmente se le vertio el hielo y nuevamente se taro lo que señalo 172,4 g por diferencia se obtiene la masa del

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hielo que es 59,2 g se mide su temperatura T2=0 grados celsius.A continuación se vierte este en el calorímetro y se espera el equilibro térmico para después calcular el calor de fusion que es 24,117 KJ. 3- Calor de precipitación: Cus04 :color azul, inodoro, 0,5M. NaOH: transparente, inodoro 1M. Se midió 75 ml con una probeta de 100 ml de Cus04 y se anoto su temperatura T1=19,8 grados Celsius, el mismo procedimiento se hizo con NaOH(75 ml) y se mido su temperatura ,T1’=19,5 grados Celsius, el rango de diferencia tiene que ser menor a 0,5 grados. Una vez que se vertio que se vierten ambas concertaciones se agita con la varrilla de vidrio para homogenizar.Se aprecia en la parte superior un color azul y en la parte inferior celeste lo cual indica la precipitación(observa 2 fases),la temperatura de equilibrio es T2=23 grados Celsius. Se calcula el calor de precipitación expresado en J/mol para lo que es necesario considerar el precipitado que en este caso será Cu(OH)2. 4- Calor de neutralización: Se miden 75 ml de NaOH a 1M y se mide su temperatura T1=19 grados Celsius y luego se procede a medir también 75 ml de HCl 1M y su temperatura T1’=19,5 grados Celsius,se vierten ambas al calorimetro y luego se espera la temperatura de equilibrio la cual es T2= 22 grados Celsius, como esta tambien se mide en J/mol es necesario calcular los moles de sal formado en este caso particulcar la sal es NaCl ademas de agua. 5- Calor de disolución: El prodecimiento tiene 3 pasos ,lo primero es verteer 100 ml agua al calorimetro y medir su temperatura T1=19 grados Celsius y luego se tendra que poner difrentes reactivos. a)0,5 g NaS04 de previamente tarado se agregan próximo al calorímetro para que no se evapore,se agita con la varilla de vidrio y se mide la T2=20 grados Celsius.Se calcula el calor reaccion. b)Nuevamente a los 100 ml de agua se le vierten 1g de NaCl y se agita con la varilla,se mide su temperatura T2=19 grados. c)Se realiza el mismo método con el NaOH sólido y se mide su temperatura T1=20 grados celsius

Resultados Calibracion calorimetro: 65 ml agua a 17°C inicia como T1 85 ml agua a 55°C

150 ml a 35° C eso es igual a T3, como la densidad del agua es 1 por lo tanto tenemos 150 gramos de Nuestra formula nos dice los siguiente: Q= m x c x t agua Q= 150gr agua x 4,186 j/grx°C x 18° C Q= m x c x t Q= 11286 j C= Q/t m= masa C= 11286kj/18 °C c = capacidad calorifica C=627 j/°C t = T3-T1 c del agua corresponde a 4.186 j/gr x °C

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Como resultado final obtenemos que la C del calorimetro es de 627 kj/°C Calor de fusion del hielo: Datos: -

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80 gramos de agua = 20° C 59,2 gramos de Hielo = 0° C Al sumar las masas se obtienen 139.2 gr a una temperatura en el calorimetro de 0° C capacidad calorfica del hielo 4.186 j/g °C C del calorimetro = 627 j/°C

Variacion de temperatura= 0° C – 20 °C = -20 °C Qreaccion= - ( Qfusion + Q calorimetro) Q= (- m x c x At + C x At) Q= - ( 139,2 gr x 4.186 j/gr °C x -20 °C + 627 j/° C x – 20 °C Qreaccion= 24,177 kj Valor tabulado: 6,01 kj al comparalo con el experimental la diferencia es por la cantidad de hielo ocupado y factores como la capacidad del calorimetro. Calor de precipitación: Datos: - 85 ml CuSO4 a temperatura 19,8 ° C (T1) - 75 ml NaOH a temperatura 19,5 ° C (T1’) - al mezclarlas en el calorimetro da una temperatura de 23° C - variación de temperatura es 3,3 ° C - densidad de la solucion 1,07 gr/cc - capacidad calorifica 4,6046 kj/gr x °C Densidad = gr/cc Gramos de solucion = 1,07 gr/cc x (85 ml + 75 ml) gramos de solucion = 160,5 gramos Qreaccion= - ( Qprecipitacion + Q calorimetro) Q= (- m x c x At + C x At) Q= - ( 160,5 gr x 4.6046 j/gr °C x 3,3 °C + 627 j/° C x 3,3 °C Qreaccion= - 4,50792 kj CuSO4 + NaOH  Cu(OH)2 O,5 M 1M Calor molar => RL CuSO4 = 0,5 molar  M= moles / LT 0,5= x moles/0,075 lt  0,0375 moles Calor molar = Q reaccion/ moles Qmolar= - 4,50792kj/0,0375 moles Qmolar= - 120,2112 kj / mol

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Calor de neutralización: Datos:

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75 ml NaOH a 19 ° C 75 ml HCl a 19° C T3 = 22 ° C AT = 3 ° C Capacidad calorifica 4,186 j/gr x° C

Masa de la solucion  75 ml de NaOH a densidad 1,04 gr/cc = 78 gramos de NaOH 75 ml de HCl a denidad ¿????? = 75,75 gramo de HCl Se suman las masas y da como resultado 153,75 gramo de solucion Qreaccion= - ( Qneutralizacion + Q calorimetro) Q= (- m x c x At + C x At) Q= - ( 153,75 gr x 4.186 j/gr °C x 3 °C + 627 j/° C x 3 °C Qreaccion= - 3,81179 kj Calor molar = NaOH + HCl  NaCl + H2O 0,075moles Q molar = - 3,81179 kj/0,075 moles Q molar = - 50,82 kj/ moles Valor tabulado:-56,2 kj/moles Al compararlo con lo experimental da un valor cercano y no exacto debido a las diferencias de de g a utlizar y ademas de la capacidad calorífica del calorimetro. Calor de disolución: 1- disolución de NaOH datos: - 0,5 gramos NaOH * mas total de la solucion: 100,5 gramos - 100 ml de agua 19 °C - temperatura de la solucion 20 ° C - variación de temperatura 1 °C - capacidad calorifica 4,34 j/gr ° C Qreaccion= - ( Qdisolucion + Q calorimetro) Q= (- m x c x At + C x At) Q= - ( 100,5 gr x 4.34 j/gr °C x 1 °C + 627 j/° C x 1 °C) Qreaccion= - 1,064 kj 2- disolución de NaCl datos: - 1 gramo de NaCl * masa total de la solucion: 101 gramos - 100 ml de agua 18,8 ° C - temperatura de la solucion 18,8 ° C - variación de temperatura 0 ° C - capacidad calorifica 4,34 j/gr°C Qreaccion= - ( Qdisolucion + Q calorimetro)

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Q= (- m x c x At + C x At) Q= - ( 101 gr x 4.34 j/gr °C x 0 °C + 627 j/° C x 0 °C Qreaccion= 0 kj 3- disolución de Na2SO4 datos: - 0,5 gramos de Na2SO4 * masa total de la solucion: 100,5 gramos - 100 ml de agua a 19° C - Temperatura de la solucion 20° C - Variación de la temperatura 1° C - Capacidad calorifica 4,34 j/gr°C Qreaccion= - ( Qdisolucion + Q calorimetro) Q= (- m x c x At + C x At) Q= - ( 100,5 gr x 4.34 j/gr °C x 1 °C + 627 j/° C x 1 °C Qreaccion= - 1,064 kj

Discusiónes: Experimento calorimetria 1: Calibración calorimetro: En los resultados obtenidos en la calibración del calorimetro pudo haber diferencias en los resultados obtenidos en la variación de la temperatura y a la posible contaminación de el agua utilizada estas contaminación pudo provocar algun tipo de desviación en la capaciadad calorifica del agua alterando asi la constante a utilizar. Experimento calorimetria 2: Calor de fusion de hielo: En este experimento pueden existir diversas variaciones en resultados debido al procedimiento utilizado: En el procedimiento la cantidad de hielo utilizada puede variar en lo que respecta en la variación de temperatura al utilizar una temperatura final diferente. Ya que lo que respecta a la cantidad de hielo utilizada a ma yor cantidad de este la temperatura usada como T3 sera mas cercana a 0°C, y por el contrario mientras menor haya sido la cantidad de hielo utilizada esta sera mas cercana a la temperatura inicial usada como T1. Experimeto calorimetria 3: Calor de precipitación: Según los resultados obtenidos en lo que respecta al calor de precipitación entre el NaOH y el CuSO4, es una reaccion exotermica ya que provoco el aumento de la temperatura en el calorimetro, esta reaccion de liberar calor se debe a que estos compuestos al romper sus enlaces para formar un precipitado liberan energia al medio ya que los enlaces moleculares son de alta energia y al romperlos se genera calor provocando lo dicho anteriormente. Experimento calorimetria 4: Calor de neutralización:

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En este experimento se logro obtener resultados en lo cual se obtiene el calor molar de esta reaccion que resulto ser exotermica porque provoco el aumento de temperatura del medio liberando calor de esta. De los resultados que se obtiene se puede discutir que el calor liberado del sistema se da por rompimiento de los enlaces ionicos del HCl al reaccionar con los del NaOH estos enlaces al romper liberan calor y por consiguiente provocan que la reaccion sea exotermica. Experimento calorimetria 5: Calor de disolución Al aplicar el calor de disolución del NaOH y el Na2SO4 al disolverlos los resultados entre estos fueron muy similares pero a la vez ambos dieron resultados positivos debido a esto podemos concluir que son procesos endotermicos eso quiere decir que para esta disolución se necesito calor del sistema para llevarla a cabo en estos casos no hubo mayor discrepancia pero en el caso del NaCl dio como calor de la reaccion final 0 kj. La forma de explicar esto es porque el NaCl por afinidad y solubilidad con el agua es mucho mas hidrosoluble que el NaOH y el Na2SO4, por ende necesita menos energia que los casos anteriores pero eso no explica que haya dado como resultado 0 kj pero en parte lo dice. Para ser mas concisos da resultado 0 kj porque por afinidad no es necesaria la aplicación de energia para solubilizar el NaCl en H2O al no necesitar energia en esta no se liberara calor.

Conclusión Al finalizar este laboratorio es importante señalar que en toda reaccion quimica existe algunos parámetros físicos que determinan cierta energia entre el sistema y el entorno, lo que es esencial para analizar su espontaneidad bajo ciertas condiciones de presion o temperaturas.Un caso concreto que se analizo es la entalpia ,calor de reaccion; además de la medicion de las temperaturas de los difrentes reactivos,con estos datos se muestra que siempre el sistema buscara estar en equilibrio con la sustancia a reaccionar. Además es importante decir que el calor nunca se pierde, ni se destruye,lo que avala la primera ley de la termodinamica, explícitamente se concluye que el calor siempre será aprovechado o por el entorno o por el sistema,en consecuencia cuando se mide la entalpia a presion constante y da un valor negativo significa que cedio calor al entorno,por el contrario si es positivo absorve calor.

Bibliografía 1-Guía calorimetria.(luis rojas) 2-Brown-Lemay-Bursten 9 edición. 3- Brown-Lemay-Bursten 9 edición 4-Schaum ‘’Quimica general’’.séptima edicion.JeromeL.Rosenberg.LawrenceM.Epstein 5-Raymond Chang Williams Collage.septima edición. 6- Schaum ‘’Quimica general’.séptima.edicion.JeromeL.Rosenberg.LawrenceM.Epstein

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