Calor de solución y de reacción Beltrán–Sabi Camilo*, Delgado-Bermeo Gerlando*, Oviedo – Oyola Eyiver*.
*Estudiante del programa de Biología, Facultad de Ciencias Básicas, Universidad de la Amazonia, Amazonia, Florencia, Caquetá, Colombia. 30/10/17 Resumen Se realizó una práctica en la caracterización del calor de una solución a través de la utilización de un calorímetro con su respectiva resistencia, en la reacción agua-base y reacción reacción de ácido-base, para ello ello la práctica práctica inicia inicia mediante la reacción reacción del NaOH con el agua, en donde se registra una temperatura equilibrio de 35°C, posteriormente con el uso del calorímetro se reprodujo el incremento de la temperatura hasta alcanzar la temperatura de equilibrio antes obtenida con la reacción, de la misma manera se repite el proceso remplazando el reactivo agua, por un ácido (HCl). Con el registro de datos como el voltaje, amperaje, masas, temperaturas y tiempos, tiempos, se logran establecer con con la aplicación aplicación de ecuaciones valores del calor generado en los cambios de entalpia en cada proceso, reacción base-agua y reacción acido-base, con -721.56 J y -188.784 J respectivamente, caracterizándolas como reacciones exotérmicas. Introducción Las leyes de la termodinámica, así como todas las ecuaciones que se derivan de ellas, son válidas para cualquier sistema, sin importar la naturaleza ni la complejidad de éste. Al aplicar estas leyes a un sistema en el que ocurren reacciones químicas, es posible obtener una gran cantidad de información sobre lo que sucederá en él. En termoquímica, por simplicidad, se considera que una reacción se lleva a cabo a presión y temperatura constantes. Esto es, la temperatura inicial de los reactivos es la misma que la temperatura final de los productos. De esta forma, las únicas variables son los números de moles de las especies que intervienen en la reacción r eacción química (Borondo, n.d.).
La ganancia o pérdida de energía en un sistema tiene principalmente tres efectos: puede cambiar de estado de agregación, puede cambiar su temperatura o puede ser que haya un desplazamiento del sistema como un todo. Los efectos pueden ocurrir al mismo tiempo o de manera aislada (Garritz, 2005). El cambio de energía se relaciona principalmente con el cambio de calor, pues este se define como la energía que se transfiere como resultado de una diferencia de
temperatura entre un sistema y sus alrededores. Una reacción es exotérmica cuando desprende calor al ambiente y endotérmica cuando lo toma de él; la capacidad calorífica (C) de una sustancia es el calor que se ha de suministrar a una cantidad específica para aumentar su temperatura una unidad; La entalpía es una propiedad de estado, el cambio de entalpía de un sistema es igual al calor intercambiado a presión constante (Universidad de Alcalá, 1993). Para conocer los cambios de calor que acompañan a las reacciones químicas, se utiliza un recipiente aislante, y 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. Cuando se realizan estas prácticas se suelen generar dos tipos de calor, el calor de disolución, el cual ocurre cuando un soluto se disuelve en un disolvente, y 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; y 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 es conocido como calor molar de neutralización (Madrid Universidad Complutense, n.d.). Metodología Resultados Y Análisis
Los datos empleados para la determinación de las interrogantes fueron: Para el calorímetro
Masa (m) NaOH= 3g Volumen (V)= 150mL 150g Temperatura incial (T1)= 21°C Temperatura de equili rio (Te)= 35°C Equivalente eléctrico (v)= 8.59 W/A Intencidad (i)= 1.2 Amperios = C/s Tiempo (t)= 5min Moles= 0.5 mol Ecuaciones
Calor generado en la solución
Q = masa total * Cp* ΔT
294.15K 308.15K
Q= 153g * 4.183 * 14 = 8959.986 J/0.5mol Q=17919.96 J/mol Capacidad calorífica del sistema . = . . ∗ = 8.59/ ∗ 1.2 / ∗ 5
Cpsist= 51.54 J Cambio de entalpía del proceso ( calorímetro-resistencia)
ΔHproceso = - Cpsist. ΔTcal ΔHproceso = - 51.54J* 14m ΔHproceso= -721.56 J Figura 1. Temperatura en relación al tiempo (Calorimetro-Resistencia)
Para la reacción acido-base
Volumen HCl= 150 mL=150g Volumen NaOH= 150 mL= 150g T1= 24°C Te= 28°C V= 8.74 Amp I= 1.2 Amp t= 4.5 Cambio de entalpía del proceso ( reacción )
ΔHproceso = - Cpsist. ΔTcal Cpsiste* ΔTcal= V.i.t Cpsiste* ΔTcal= 8.74*1.2*4.5 Cpsiste* ΔTcal= 47.196 J ΔHproceso = - Cpsist. ΔTcal ΔHproceso = -47.196 * 4 ΔHproceso = -188.784 J Figura 2. Temperatura en relación al tiempo (Reacción Acido-Base)
CONSULTAR VALORES TEORICOS (para la discusión) Calor de neutralización HCl y NaOH Calor de solución HCl y NaOH
Discusión Anexos Tabla 1. Calor especifico de algunas sustancias (agua)
(Tomado de Diccionariomotorgiga, 15/10/17).
Referencias
Alcalá, U. de. (1993). 10 Termoquímica y espontaneidad, 102–108. Retrieved from http://www3.uah.es/edejesus/resumenes/QG/Tema_10.pdf Borondo, F. (n.d.). La dinámica de las reacciones químicas. Retrieved from http://www.fqt.izt.uam.mx/cedillo/q2_term.pdf Garritz. (2005). Encender una fogata, ¿reacción espontánea? Madrid Universidad Complutense. (n.d.). Teoría: Determinación calorimétrica del Calor de neutralización. Retrieved October 22, 2017, from http://pendientedemigracion.ucm.es/info/QCAFCAII/DopplerLissajous/Pagina-web/Practicas/Practicas-fqi/teoria8.html
Diccionariomotorgiga., (15/10/17), Tabla del Calor Especifico de Soluciones, agua, Recuperado de https://diccionario.motorgiga.com/calor-especifico
