Entalpia
Presentado por: Yackeline ternera Milagros olmos
Presentado a: Profesora Carmen Arias
Universidad del norte Química Barranquilla 2009
CAMBIO DE ENTALPÍA (ΔH) DE UNA REACCIÓN.
Objetivos del laboratorio
Comprender
el
concepto
de
entalpia,
reacción
exotérmica,
la
termoquímica en un sistema termodinámico. Calcular las entalpias para procesos químicos conociendo la descripción del proceso. Conocer y analizar las diferentes reacciones químicas, desde la experiencia del laboratorio. Elaborar un informe sobre la experiencia realizada. Determinar experimentalmente la variación de entalpía de una reacción. Conocer la diferencia entre calor y temperatura y calor específico de una sustancia.
Introducción Las reacciones químicas además de tener transformaciones en las sustancias también presentan un cambio energético es decir que la reacción consume o produce energía como lo podemos notar en este laboratorio en forma de calor, su ganancia o perdida se debe al cambio de la entalpia de las sustancias que participan en la reacción, esta no puede medirse directamente pero el calor de una reacción y se hace por la diferencia entre la entalpia de los productos y la entalpia de los reactivos (DHº
reacc =
å DHº f (productos) - å DHº f (reactivos)).
El calor es medible y se usan estas unidades: Julios (unidad Internacional), Calorías, BTU y otras.
Todo lo observado en el experimento realizado en el laboratorio trata sobre la termoquímica la cual es la que
estudia los cambios caloríficos de las
reacciones químicas, se utilizan dos leyes fundamentales: la ley de LavoisierLaplace y la ley de Hess. El significado físico de ambas leyes se explica por el hecho de que la entalpía es una función de estado, es decir su variación solo depende del estado final e inicial del sistema. Además, esta propiedad de estado es una magnitud extensiva, o sea depende también de la masa del sistema.
Métodos Los métodos utilizados fueron la disolución de las sustancias en medios acuosos, de manera que se pudiera observar y analizar los cambios de temperatura y de entalpia de las dos reacciones propuestas en el experimento. En la primera reacción se mezclaron acido carboxílico (COOH) con Bicarbonato Sódico (NaHCO3) y en la segunda reacción intervienen el Hidróxido de Sodio (NaOH) con el ácido clorhídrico (HCl), con las cuales se estudia la calorimetría del sistema (sistema aislado) a una presión constante y se determina la entalpia de la reacción. En el experimento se realiza un análisis con las ecuaciones estequiométricas dadas y la cantidad de las sustancias de las cuales obtenemos sus entalpias es decir su contenido calorífico por medio de la entalpia de formación y reacción.
Materiales Vaso de icopor. Sensor de temperatura. (COOH) 2 (ac) NaHCO3(s) NaOH HCl
Reacciones HCl + NaOH
NaCl + H2O
(COOH)2(ac) + 2NaHCO3(s)
Na (COO)2(ac) + 2CO2 (ac) + 2H2O
Procedimiento Primera reacción: (COOH)2(acu) + 2NaHCO3(s)
Na2 (COO)2(acu) + 2CO2 (g) + 2H2O (g)
En esta ecuación reaccionan el acido oxálico y el bicarbonato de sodio en un medio acuoso para producir dióxido de carbono, agua y Na2 (COO) 2.Lo primero que se realiza es verificar si la ecuación esta balanceada `para realizar lo debidos cálculos estequiometricos, luego se calcular el reactivo limitante en la reacción Datos: 72.024 g/l de COOH en solución. 15 ml de acido oxálico Masa molecular de COOH= 90.03 g Masa molecular de 2NaHCO3= 168 g
Se calcula cuantos gramos de bicarbonato de sodio NaHCO3 son necesarios para que reaccionen en 15 ml de COOH. Para esto se realiza una regla de 3 simple y se encuentra cuantos gramos de de COOH hay en 0.015 ml, con esta cantidad se analiza cuantos gramos de bicarbonato son necesarios en la reacción
72.024 g COOH 1 L de COOH X0.015 L de COOH X=1.08 g de COOH
90.03 g COOH 1.08 g COOH
1.08 g de COOH para 15 ml
168
g NaHCO3
X
X= 2.01 g de NaHCO3
2.01 g de NaHCO3
1.08g de
reaccionan con
COOH
Estos resultados demuestran que en 15 ml de COOH están contenidos 2.01 g de NaHCO3 así el reactivo limitante es COOH
Experimentalmente, se hicieron reaccionar 15 ml de acido carboxílico con 1.4861 g de bicarbonato de sodio para hacer el debido estudio del cambio de entalpia. Con ayuda del Data Studio se pudo medir la temperatura inicial de uno de los reactivos, que fue el acido carboxílico en disolución, luego se mezclo con el bicarbonato. El cambio de temperatura en esta reacción fue de -2.5ºC
Calculo d e la entalpia de la reacción: ΔH reacción
O
O
= ΣΔH f
(Productos) - ΣΔH f O (Reactivos)
Para calcular ΔH reacción O
los valores de ΔH f
(1)
mediante la ecuación anterior es necesario conocer de los compuestos que interviene en la reacción.la
determinación de dichos valores se realiza a través del método directo, ya que los reactivos se pueden sintetizar muy fácilmente a partir de sus elementos.
(COOH)2(acu) + 2NaHCO3(s) 2H+ + (COO)-2
ΔH reacción
O
+
2Na
= 2 mol
+
Na2 (COO)2(acu) + 2CO2 (g) + 2H2O (g)
+ HCO3 2Na + + (COO)-2
O
H f
Na+ +
O
H f
+
2CO2 +2H2O
(COO)-2 + 2 mol
O
H f
CO2 + 2 mol
O
H f
H2O - H f O(COO)-2
- 2 mol H f O H+ -2 mol
O
H f
Na+ -2 mol
O
H f
HCO3
Cancelando queda: ΔH reacción
O
=
O 2 mol H fO CO2 + 2 mol H f H2O
- 2 moles HfO H+ -2 moles
O
H f
HCO3
O
H f
CO2=-393.5 kj/mol
O
H f
H2O = -285.8 kj/mol
O
H f
HCO3 = -691.1 kj/mol
ΔH reacción
O
=
2(-393.5) + 2(-285.8) – 2(0) -2(-691.1)
ΔH reacción
O
=
23.6 kj/mol
Segunda reacción: NaOH + HCl NaCl + H2O En esta ecuación reaccionan hidróxido de sodio con acido clorhídrico para producir cloruro de sodio y agua. Sé revisa que la ecuación este balanceada y se hace los siguientes cálculos: Datos: 20 g/L de NaOH en solución. 18.25 g/l de HCl en solución.
Masa molecular del NaOH es 40 g Masa molecular del HCl es 36.5 g
Se calcula cuantos gramos hay en 15 ml de NAOH
20 g NAOH X
1
l NOH
0.015
L NaOH
X=0.3 g NAOH
0.3 g NAOH para 15 ml
40 g NAOH
36.5 g HCl
0.3 g NAOH
X
X= 0.27 g de HCl
0.27 g HCl se combinan con 0.3g NaOH
Estos resultados demuestran que en 15 ml de NaOH están contenidos 0.27 g de HCl así el reactivo limitante es HCl
En la práctica, se hicieron reaccionar 15 ml de hidróxido de sodio NaOH con 15ml de acido clorhídrico HCl
para hacer el debido estudio del cambio de
entalpia. Utilizando el del Data Studio se medio la temperatura inicial de uno de los reactivos, que fue el NaOH en disolución, luego se mezclo con el HCl. El cambio de temperatura en esta reacción fue de 3.4ºC Calculo d e la entalpia de la reacción: Para calcular ΔH reacción
Reacción
utiliza la ecuación 1
NAOH + HCl NaCl + H2O Na+ + OH- + H+ + Cl- Na+ + Cl- + H2O O
O
=
H f
Se cancelan
H f
ΔH reacción
Na+ +
O
H f
Cl- +
O
H f
H2O -
O
H f
Na+ - H f O OH- -
O
H f
H+ -
O
H f
Cl-
ΔH reacción
O
Na+ y
O
H f
Cl- , así
O
O O + = H fO H2O - H f OH - H f H
O
H f H f
H2O =-285.8 kj/mol
O
OH- = -229.94kj/mol
O
H f
H+=0
se
ecuación
ΔH reacción
O
ΔH reacción
O
= -285.8 kj/mol + 229.94kj/mol
= -55.86 kj/mol
Calcul o de c alorim etría d e la reacc ion
Q t otal= q c a l o r i m e t r o + q
agua
+q
reaccion
reemplazan
los
valores
en
la
Análisis de resultados Estas reacciones que ocurrieron a presión constante aproximadamente de 1 atmosfera
(1 atm) ,se puede analizar el calor absorbido o liberado por el
sistema, o sea la entalpia de reacción. En la primera reacción se observo el cambio de temperatura que se presenta al hacer reaccionar los reactivos en un medio aislante (vaso de icopor), el cual sirve para aislar la mezcla de sus alrededores, este cambio de temperatura fue negativo en cambio, el cambio de la entalpia dio una cantidad positiva , por lo tanto se trata de una reacción endotérmica ,o sea que el sistema está absorbiendo calor de los alrededores. En la segunda reacción se puede ver que el cambio de temperatura presentado fue positivo, y al realizar los cálculos para hallar el cambio de entalpia de la reacción dio una cantidad negativa por lo que la reacción es exotérmica, esto demuestra que el sistema está liberando calor a sus alrededores, esto sucede al reaccionar el NaOH con el HCl que es una reacción de neutralización. Al realizar el estudio de la entalpia se encuentra que también es posible hallar su valor si se conoce la entalpia de todos sus reactivos y productos, sin embargo no es posible medir la entalpia de una sustancia solo se determinan valores absolutos de entalpia de una sustancia. Solo se determinan valores absolutos con respecto a una referencia arbitraria, entalpia es tán d ar d e formación.
Haciendo un análisis del valor del cambio de entalpia en las reacciones, no dependen de la masa de los reactivos ni de los productos, pero si de numero de moles de los compuestos .para una misma reacción con los mismos compuestos la entalpia siempre es y será la misma
Palabra claves Reacción endotérmica: Se denomina reacción endotérmica a cualquier reacción química que absorbe calor.
Reacción exotérmica: Se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprende calor, es decir con una variación negativa de entalpía.
Entalpia: es una magnitud de termodinámica simbolizada con la letra H, la variación de entalpía expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, o, lo que es lo mismo, la cantidad de energía que tal sistema puede intercambiar con su entorno.
Calor: es un tipo de energía que puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), reacciones nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior del Sol), disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción). Su concepto está ligado al Principio Cero de la Termodinámica, según el cual dos cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibre.
Energía: es una magnitud física, ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo. También se puede definir la energía de sistemas abiertos, es decir, partes no aisladas entre sí de un sistema cerrado mayor.
Temperatura: es una magnitud referida a las nociones comunes de calor o frío. Por lo general, un objeto más
"caliente"
tendrá una temperatura mayor.
Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico.
CONCLUSIONES De acuerdo a la primera ley de la termodinámica, que indica concretamente la conservación de la energía, ya que no hay pérdida de ésta hacia los alrededores; se puede determinar la capacidad calorífica de un sistema. La capacidad calorífica es la cantidad de Energía necesaria para producir un asenso de temperatura en un grado. De ésta se puede diferenciar de procesos que se realizan a volumen constante (C v) y a presión constante (C p), siendo distintas en magnitud. También es necesario considerar el calor específico, puesto que éste relaciona la energía necesaria para producir el asenso de la temperatura en un grado, por gramo de masa. Lo anterior resulta de gran importancia, puesto que se puede contrastar una propiedad intensiva (calor específico) con una propiedad extensiva (capacidad calorífica). Los cambios térmicos en las reacciones químicas se debe al cambio de la entalpia de las sustancias que participan en la reacción, esta no puede medirse directamente pero el calor de una reacción si, esta es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno. Por ejemplo, en una reacción química a presión constante, el cambio de entalpía del sistema es el calor absorbido o desprendido en la reacción Cabe destacar que las reacciones químicas es todo proceso químico en el cual una o más sustancias llamadas reactantes, por efecto de un factor energético, se transforman en otras sustancias llamadas productos. Pudimos notar que estas sustancias en este experimento presentaron un cambio de temperatura debido a las reacciones presentadas.
