Entalpía de Hidratación y Solución del Sulfato de Magnesio Dulcey, Diana M.; Orejuela, Richard S. Abril 8, 2014
Abstract The enthalpy of hydratation and solution of the anhydrous and heptahydrate MgSO4 was determined, gaining 4!.""# and $%".&"! '()mol for each respecti*e salt. So in conclusion, there was an e+othermic reaction for the anhydrous MgSO4 and endothermic for the MgSO4 #%O, with percentages of error of -%.%4 and /."0. 1. Introducción 1l cam2io en energ3a asociado al proceso en ue un soluto se disu disuel el*e *e en un sol* sol*en ente te se cono conoce ce como como la enta entalp lp3a 3a de soluci5n, 6s. Si el disol*ente es agua, entonces se ha2la de entalp3a de hidrataci5n, 6hid. De energ3a energ3a en las reaccione reaccioness calor de una disolución es el cam2io de entalp3a u3micas". 1l calor de del sistema cuando la reacci5n ocurre a presi5n constante, en gene genera ral, l, este este calo calorr de diso disolu luci ci5n 5n depe depend ndee no solo solo de la naturale7a naturale7a u3mica u3mica de cada producto producto y cada reacti*o, reacti*o, sino tam2i8n de sus estados f3sicos. 9or otro lado, la mayor3a de las reacciones u3micas se lle*an a ca2o a presi5n, 9, constante, q p , ser: por lo ue el calor a2sor2ido o cedido ser: la
*ariaci5n de entalp3a
proceso o las capacidades calor3ficas de los sistemas, toda *e7 ue los cam2io cam2ioss de temper temperatu atura ra asocia asociados dos a los proces procesos os *endr:n determinados por la naturale7a y cantidad de materia. 9or medio de pendiente o2tenida por la gr:fica " en la ue se relaciona la dependencia de la temperatura con respecto al tiempo y por medio de la ecuaci5n %. Se puede calcular la capacidad calor3fica del calor3metro suministrado.
305
∆ H , ue acompaa al proceso. q P= ∆ H Ec . 1
301
∆ H > 0, Proceso Endotérmico ∆ H < 0, Proceso Proceso Exotérmico Si la reacci5n u3mica se lle*a a ca2o en un recipiente aislado t8rm t8rmic icam amen ente te del del e+te e+teri rior or
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
Tiempo Tiempo (s)
"igura 1. Br:fica de Temperatura
VI = pendiente Ec . 2 mC p + C De la gr:fica se o2tiene una pendiente m !.!"%% con la ue se determinaE 1l calor a2sor2ido por el calor3metro por medio de la 1c. y relacionando la 1c." y la 1c. 4 se calcula el cam2io en la entalpia del sistema
q =mcΔT Ec .3
2. Parte Experimental
1n esta pr:ctica se determin5 el calor de hidrataci5n y de soluci5n del sulfato de magnesio anh3drido y heptahidratado haciendo haciendo uso de un calor3metr calor3metro. o. >nicialme >nicialmente, nte, se cali2r5 cali2r5 el calor calor3me 3metro tro midien midiendo do la temper temperatu atura ra del agua, agua, *oltaj *oltajee y corriente del circuito en serie por un periodo de / minutos logrando una *ariac iaci5n de temperatura de ?@. 9osteriormente, 9osteriormente, se reali75 la medida de temperatura inicial del agua. Ana *e7 esta2le la temperatura, se adicion5 con cuidado y e*itan e*itando do pertur pertur2ar 2ar el sistem sistema, a, el sulfa sulfato to de magnes magnesio io y, o2teniendo minutos m:s tarde una temperatura final para la soluci5n. 3. esultados y !iscusión 3.1. Determinación calorímetro.
y=0.0122x +300.19
304
) K ( a r u 303 t a r e p m e T 302
de
la
capacidad
calorífica
del
1n genera general, l, el cali2r cali2rado ado del calor calor3me 3metro tro es una opera operaci5 ci5n n necesaria para poder e*aluar los cam2ios energ8ticos de un
−
qrxn= qabsorbido =qbomba + q H O Ec . 4 2
#a$la 1. Datos e+perimentales o2tenidos al cali2rar el calorimetro. %promedio &% &%' Ipromedio msistema *# ,calorimetro &(' &)g' &+' &)-+'
"!.!
.%-!
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*Hsistema &)-mol'
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#a$la 2. Datos e+perimentales o2tenidos para MgSO 4 anhidrido. MolMgS/0 mH2/ *# *H1 *H#eorico error &mol' &)g' &+' &)-mol' &)-mol'
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#a$la 3. Datos e+perimentales o2tenidos para MgSO 4 #%O. MolMgS/0 H2/ mH2/ *# *H3 *H#eorico &mol' &)g' &+' &)-mol' &)-mol'
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error
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en el momento en el ue la temperatura del sistema comen75 a aumentar.
Esuema 1. Diagrama de la Gey de ess para el MgSO 4.
6% 6" 6 6% <4!.""#%".&"!= '()mol /".F%& '()mol SegHn la literatura, 6% "!!'()mol, es decir, ue se o2tu*o un porcentaje de error de &.!#. 1n primer instancia, se determin5 la capacidad calor3fica del calor3metro empleando como sistemaE Igua, a la cual se le midi5 el cam2io en la temperatura cuando est: se somete a diferentes intensidades de corriente y cierto *oltaje, o2teni8ndose un *alor de @ p%./-! '()C. Ga capacidad calor3fica es la cantidad de calor necesaria para cam2iar la temperatura de un sistema determinado en " ?@. Il lle*ar a ca2o estas mediciones, las principales fuentes de error y ue pudieron causar las diferencias con los *alores de las entalpias de neutrali7aci5n reportados en la literatura sonE I
1l calor3metro utili7ado presenta2a mal aislamiento por lo ue ha2r3a intercam2io de calor con el e+terior. J 1n la medici5n reali7ada de los *olHmenes de las soluciones @ 1+actitud del term5metro. D Kallas en la preparaci5n de las soluciones. 1 Lo se reali75 una metodolog3a para encontrar el eui*alente en agua del calor3metro.% Gas entalp3as de diluci5n y disoluci5n, junto con la capacidad calor3fica, constituyen la principal fuente de informaci5n acerca de las propiedades t8rmicas de las disoluciones 1n el caso de un soluto s5lido, como son las sales de magnesio ue se estudian en el la2oratorio, la entalp3a de disoluci5n es f:cil de medir, pero los resultados e+perimentales ue se o2tienen son de poca utilidad, porue dependen en gran medida del estado de la muestra s5lida antes del proceso de disoluci5n m:s ue de las propiedades de la disoluci5n formada. 9or este moti*o, se considera de mayor rele*ancia termodin:mica la o2tenci5n de la entalp3a de diluci5n. 1l calor de soluci5n depende de la concentraci5n final de la soluci5n y es el resultado neto de la energ3a necesaria para romper enlaces o atracciones entre mol8culas de MgSO4MgSO4 y %O%O y la energ3a li2erada cuando se esta2lecen nue*as atracciones entre las mol8culas de MgSO4%O. Si Gas atracciones entre MgSO4%O son mayores ue las atracciones moleculares entre MgSO4MgSO4 y %O%O al formarse la soluci5n se li2eran calor, es decir, el proceso es e+ot8rmico lo cual concuerda con el *alor o2tenido para este proceso de la reacci5n <4!.""# '()mol= en donde se puede apreciar ue los enlaces i5nicos presentes en la sal del sulfato de magnesio son de2ilitados por la presencia de las mol8culas de agua ue se adicionan para formar parte del sistema de hidrataci5n, esto conlle*a a ue las fuer7as intermoleculares ue se forman por la interacci5n entre la sal y el agua pro*oue modificaciones en la red cristalina y ocasionando as3 la hidrataci5n de la sal, en donde las mol8culas de agua se incrustanN en las ca*idades del sulfato. 1n la pr:ctica se o2ser*5 este fen5meno
9or otro lado, en el sistema con la sal heptahidratada lo ue sucede es ue para poder formar las interacciones con las mol8culas de agua adicionadas es necesario ue el sistema a2sor2a energ3a, pero como el sistema es adia2:tico, la ganancia de energ3a no pro*iene de los alrededores si no ue pro*iene de las interacciones de tipo solutosol*ente para poder pro*ocar la disoluci5n completa de la sal. 1sto se de2e, a ue como la sal ya se encuentra saturada de mol8culas de agua se necesita cierta cantidad de energ3a para li2erar sus aguas de hidrataci5n y pro*ocar as3 la disoluci5n del sulfato. 1sto se puede apreciar con el *alor del calor correspondiente para este proceso <$%".&"! '()mol= indicando ue el proceso es endot8rmico con lo cual la entalpia de soluci5n ser: positi*a o2ser*:ndose una disminuci5n en la temperatura del sistema. Gos resultados muestran porcentajes de error considera2les, por lo ue se considera ue la pr:ctica es precisa m:s no e+acta en determinar las entalp3as de hidrataci5n y disoluci5n de sales. Sin em2argo para e*itar dichos errores es recomenda2le ue el sistema est8 completamente cerrado para ue el sistema no transfiera calor a los alrededores y alcance las condiciones adia2atas.
0. ,onclusiones •
1l calor de disoluci5n de una sal depende de su estado f3sico y de la forma en c5mo puede interactuar con las mol8culas de agua, demostr:ndose dicho fen5meno en las *ariaciones de la temperatura.
•
Se *erific5 ue los procesos disoluci5n de una sal son reacciones e+ot8rmicas <6r+n!= es decir, se produce un aumento de la temperatura del entorno del sistema respecto al estado inicial.
•
Se o2tu*ieron porcentajes de error considera2les, por lo cual se concluye ue el calor3metro adia2:tico utili7ado no es lo suficientemente preciso para reali7ar el e+perimento en 8l, pues no garanti7a2a completamente un sistema adia2:tico ue no interaccione con los alrededores.
4. eferencias
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