INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLOGICAS LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA CALOR DE COMBUSTIÓN INTEGRANTES: Bañuelos Ramos Adriana. Ibarra Martínez Mar tínez Viridiana. Viridiana. Gutiérrez Vences Luis Antonio.
Para la realización de esta práctica, se determinó el calor de combustión del ácido benzoico utilizando un calorímetro en un recipiente adiabático de volúmen constante. Así mismo, se interpretó los periodos en la ejecución del experimento de la bomba calorimétrica, y sus cálculos correspondientes. corres pondientes. Introducción: El estudio de los efectos térmicos de una reacción química dentro de la fisicoquímica, es la termodinámica. Esta es de crucial importancia, puesto que deriva al conocimiento de la magnitud de ciertos efectos en función a una variación de temperatura, calor, presión y volúmen. En dichos procesos donde se lleva a cabo un desprendimiento o una absorción de calor. Para determinar el calor de combustión en una bomba calorífica, llevando a cabo la reacción adiabáticamente en una bomba de calorimetría, a volumen constante, con suficiente oxigeno y condiciones normalizadas de forma tal, Figura 2. Esquema, componentes de la bomba calorífica. que el agua al finalizar la experiencia se encuentre en fase liquida. La determinación del calor de combustión se debe a tres Para poder realizar el cálculo del efecto térmico de cual periodos: quier proceso se debe determinar la constante del caloríme- Periodo Inicial. Es el periodo donde se lleva a cabo la tro “C” ( cantidad necesaria para aumentar la temperatura combustión, y es donde existe el intercambio de calor del del recipiente calorimétrico en 1 °C ) En cuyo proceso el sistema calorimétrico con el medio que lo rodea, da inicio efecto térmico “Q” es exactamente conocido pasando por cuando el sistema es montado y se enciende el agitador una corriente eléctrica a través de una resistencia colocada mecánico, y finaliza cuando la temperatura se iguala con la dentro del calorímetro; determinado por una diferencia de del ambiente. temperaturas, entonces, podemos calcular éste cambio con Periodo Principal. En éste periodo se genera la combustión la siguiente ecuación. (figura 1) de la muestra, el intercambio de calor desprendido en ésta con el calorímetro y la igualación de la temperatura en todas las partes del sistema calorimétrico. Y éste comienza al orprimir el botón de ignición donde se generan las lecturas en el termómetro. Periodo Final. En éste periodo, el incremento de la temperaFigura 1. tura se va haciendo cada vez más lento, hasta detenerse, las Para el proceso experimental se pesó la mmuestra de ácido lecturas ya no se elevan, lo que nos dice que la temperatura banzoico, así mismo como el alambre (7cm) mismo que es ya permanece constante. colocado de forma que quede amarrado al centro, mismo es Lo que nos conduce a que el quemada en una bomba de oxigeno que está contenida en residuo líquido del ácido una cantidad medida de agua en una chaqueta térmica benzoico, se llevó a titular para aislante, observando el aumento de temperatura del agua y conocer el concentrado del conociendo la energía equivalente del calorímetro puede ser mismo. En la figura 3 se puede calculada la cantidad, de calor desprendida por la muestra. apreciar como es una bomba Identificación en el esquema de la figura 2. calorimétrica. Figura 3. Bomba calorimétrica abierta, con líquido muestra.
Diagrama de Flujo:
Los datos vertidos en la tabla (1) fueron recuperados del experimento corresponiente al periodo inicial antes mencionado, donde se genera la combustión de la muestra (ácido bonzoico) y comienza la cuenta dadas las variaciones de ala temperatura del sistema al haberse empatado con la temperatura ambiental, ésta representa el desprenimiento del calor y la igualación de la temperatura en todas las partes del sistema comenzada la ignición.
Procedimiento Analítico. Tabla 1. Datos experimentales de la bomba calorífica.
Gráfica 1. Bomba calorimétrica abierta, con .
La gráfica (1) nos muestra la forma de los datos recopilados en la tabla(1) siendo ésta una forma en “s” en donde se reprsenta en la primera curvatura como los datos obtenidos, fueron aumentando, conforme la temperatura del sistema iba aumentando de forma exotérmica, siguiendo el principio de la conservación de la energía, de la primera ley de la termodinámica, aumentaba también la marca, hasta que llegó un punto donde la temperatura bajo, a bajar, se mantuvo con ocilaciones entre las mismas cantidades, para culminar el proceso, llegando a una temperatura constante con respecto al tiempo. Para calcular el aumento de temperatura en el experimento calorimétrico, fue necesario corregir los parámetros siguientes: a) Corrección a las indicaciones del termómetro. b) Corrección por el intercambio de calor con el medio. c) Corrección por el calor de fusión del amabre de fierro. d) Corrección por l formación de ácidos.
Proceso de cálculos: Para la realización del calculo correspondiente se necesitan los datos experimantales siguientes. a Peso de la muestra de ácido benzoico en g. b Peso de la parte del alambre que se fundió en g c Número de mL de solución de hidróxido de sodio 0.1Ngastado en la titulación de las aguas de lavado de la bomba. B. Calor de fusión por gramo del alambre de fierro. T Diferencia entre las temperaturas final e inicial.
6. Explique qué causas pueden dar lugar a una com bustión incompleta. • Falta de oxígeno dentro de la bomba • El falso contacto entre el alambre y la bomba • No haber dejado que la bomba llegara a un equilibro en la temperatura. • Haber desconectado antes de tiempo la bomba 7. Explique por qué cuando se ha terminado el experimento calorimétrico se debe dejar salir lentamente los gases de la bomba. R= los gases de la bomba se deben dejar salir lentamente para terminar de llevar a cabo la combustión si es que 6329(0.5740) + (0.0110)(0.0052) +1.38(1440) todavía no ha terminado dentro de la bomba y para que el cambio de presión de la bomba con el exterior no sea tan (20.82 - 22.85) rápido. 8. ¿Cuál es la composición de los gases de la bomba después de la combustión del ácido benzoico? R= agua en forma de gas y dióxido de carbono. -2797.365029 9. Diga cuáles pueden ser las causas principales de un falso contacto en el circuito usado para la combustión. R= puede ser que en una de las partes por donde fluye la corriente no este correctamente sujeta a lo que es la bomba, por lo que pudo haber un falso contacto. 10. Diga en qué periodos se divide el experimento Apéndice calorimétrico y los procesos fundamentales que se efectúan 1. Diga, por qué, no es conveniente determinar la en cada uno de ellos. capacidad calorífica de la bomba calorimétrica, determinan- • Periodo inicial: este tiene inicio desde que es encendo el calor especifico de cada una de sus partes. dido el agitador mecánico, precede a la combustión, sirve R= porque cada una de sus partes trabaja en forma conjunta para observar el intercambio de calor del sistema con el una con otra al hacer funcionar la bomba, por lo que una medio que lo rodea, finaliza cuando la temperatura interna medición por separado nos daría un valor inexacto. se iguala a la temperatura ambiente. 2. Explique por qué es necesario dejar reposar la • Periodo principal: se efectúa la combustión de la bomba calorimétrica por lo menos diez minutos antes de la muestra, este periodo se inicia al ser oprimido el botón de ignición. ignición una vez que se igualaron las temperaturas en la R= es necesario para que el oxígeno metido dentro se etapa previa. esparza uniformemente dentro de la bomba y homogenice • Periodo final: el incremento en la temperatura cada su temperatura, vez es más lento hasta que esta se estabiliza o vuelve a 3. Explique por qué se deben respetar los límites de la bajar. presión del oxígeno dentro de la bomba 11. Diga qué criterio se toma para determinar el final R= los limites se deben respetar porque si son rebasados, del periodo principal y el principio del final saturamos demasiado la bomba lo que puede resultar en una • Principio principal: El equilibrio térmico con el explosión, que podría ocurrir debido a la expansión del gas. ambiente. 4. Qué sucedería con la combustión si hay poco oxíge- • Principio final: Las lecturas de temperatura son no para ésta. constantes. R= La combustión no podría llevarse a cabo por completo, 12. Mencione las correcciones principales que se deben ya que la combustión necesita oxígeno para que pueda hacer al determinar el calor de combustión de una sustancia. llevarse a cabo. • Corrección a las indicaciones del termómetro. 5. Explique porque se debe desechar un experimento • Corrección por el intercambio de calor con el medio cuando la combustión sea incompleta. • Corrección por el calor de fusión del alambre de R= porque el experimento no tuvo una combustión comple- fierro. ta por lo que al determinar el calor que este desprende en la combustión sería erróneo.
C=
C=
13. Explique cómo determinaría el calor de combustión de una muestra solida conociendo la constante del calorímetro, por ejemplo, C (grafito). R= introduciendo una muestra en la bomba calorimétrica para poder obtener la diferencia de temperatura y con la
Discusión de resultados: Dado el experimento realizado, nos resulta muy importante hacer énfasis en la exactitud que la bomba calorífica tiene, puesto que un error en el proceso y en el momento del periodo principal, la luz roja no se enciende, entonces nse ecuación Q=C∆T, se haría una sustitución en cada incógnita debe repetir el proceso, también las mediciones en cuanto a y así obtendríamos Q las mediciones de la cápsula de ácido como la del alambre 14. Diga que características debe tener el alambre de deben ser muy exactas. En cuanto a las mediciones, nos hierro usado en la combustión. resulta lógica el funcionamiento dela determinación del • El calor que desprende debe ser conocido calor sucede por medio dl paso de corriente eléctrica, la que • Que se pueda fundir con la temperatura que hay nos permite conocer la variación de temperatura que está dentro de la bomba calorimétrica. siendo despedida al medio, hasta alcanza la temperatura 15. Diga si por calorimetría se pueden encontrar los ambiente. Por lo que es correcto que al final, como l muescalores de combustión de C (grafito) y H2 (gas) y explique tra la gráfica 1 los datos queden constantes con respecto al con las tablas de calores de formación como se encuentra el tiempo. de las siguientes reacciones: C(grafito) + O2 CO2(g) H°f= -393.5 Conclusiones: H2(g) + ½ O2(g) H2O(l) H°f= -285.8 Se concluye que para generar ese calor de combustión en Sí se puede determinar el calor de formación de los comuna sustancia específica se necesitan conocer varios puestos propuestos, solo se tendría que llevar a cabo la paramétros desde la sustancia a estudio, como los parámecombustión dentro del calorímetro y tomar lectura de los tros que se pueden corregir, siendo estos la formación del efectos caloríficos que se producen. ácido, el calor de fusión de los alambres el intercambio de 16. En el organismo se llevan a cabo reacción de calor con el medio, y por supuesto que varia según las combustión lente de hidratos de carbono, grasas, etc. Diga condiciones del proceso y que al igualarse las temperaturas si la energía que proporcionan estos compuestos al organis- debido a una absorción de calor y un desprendimiento mo se pueden calcular, determinando su calor de combus- provocado por la sustancia, se pueden conocer a su vez por tión. medio de un potencial eléctrico, como la temperatra va en R= sí, se puede calcular, porque la energía que aportan aumento y como llega a ser constante con respecto al estas sustancias desprenden energía calorífica por lo que es tiempo, dado el volumen constante y el proceso adiabático posible determinar el calor de combustión de un reactivo a dando como resultado un dato experimental. un producto. Bibliografía Consultada: 1..- Gilbert. W Catellan. Fisicoquímica. Pearson editorial. 2008. 2.- Samuel H. Marron, Carl F. Prutton. 2005. FUNDAMENTOS DE FISICOQUÍMICA. Editorial LIMUSA. Balderas 95, México, D.F. 3.- Antonio Reyes. Fisicoquímica, Mcgraw Hill editores. 2006. México DF.
