CALOR DE COMBUSTION
OBJETIVOS:
Describir los elementos que constituyen una bomba calorimétrica adiabática. Definir las propiedades termodinámicas involucradas en la presente práctica y sus aplicaciones.
Determinar la capacidad calorífica del calorímetro.
Determinar el calor de combustión y de formación de la sustancia problema (orgánica).
MARCO TEORICO:
La práctica de calor de combustión se enmarca dentro de la calorimetría, la cual se ocupa dentro de la determinación experimental de los calores de reacción, a su vez la calorimetría pertenece a la termodinámica, una rama de la fisicoquímica fisicoquímica que trata los cambios térmicos asociados a las transformaciones físicas y químicas. La medición experimental del calor de combustión requiere un recipiente hermético y bien aislado en el que se efectúa la reacción (cámara de reacción) esta última se transfiere a un recipiente aislado y lleno de agua, en el cual se mide cuidadosamente la variación de la temperatura cuando tiene lugar la reacción de combustión.
RESULTADOS:
Muestra general: Acido Benzoico Masa alambre de hierro: 0,052 g Masa de la pastilla: 0,8480 g Masa alambre después de la combustión: 0,03 g
Tiempo (s) 0 15 Temperatura °C 21 22 Temperatura K 294 295 TABLA N° 1 REGISTRO DE DATOS
30 23 296
45 23 296
60 23 296
75 23 296
Muestra problema: Sacarosa Masa alambre de hierro: 0,0452 g Masa de la pastilla: 0,8880 g Masa alambre después de la combustión: 0,0452 g
Tiempo (s) Temperatura °C Temperatura K TABLA N°2
0 22 295
15 23 296
30 24 297
45 24 297
CALCULOS:
Capacidad calorífica del calorímetro: Ccal =
(q
ab
) (
×mab + qFe mFe
)
∆T
qab: calor combustión Acido Benzoico (26435,8 J/g) mab: Masa Acido Benzoico qFe: Calor combustión Fe (5858 J/g) mFe: Masa alambre de Fe utilizada para la combustión. ∆T: Cambio de temperatura en el calorímetro (K)
Ccal =
26435,8 J/g)×(0,818 g+ 5858 J/g)×(0,058 g (297 – 294)K
Ccal = 7321,14 J/K
Calor de combustión de la muestra: q muestra =
C × ∆T-(qFemFe) mus
60 24 297
75 24 297
7321,14 J/K × 3K- (5858 J/g × 0,058g) 0.818 g q muestra = 26434,78 J/g q muestra =
7321,14 J/K × 2K- (5858 J/g × 0,0452g) 0.8428 g q Ss = 17059,20 J/g q Ss =
q Ss = 17059,20 J/g q Ss
× 341,98 g/mol × 1 cal/4,184 J × 1 Kcal/1000 cal
= − 1394,33 Kcal/mol
Cambio de energía interna del proceso: Como el proceso fue a un volumen constante, por lo tanto el cambio será igual al cambio de la entalpia y por ende igual al calor de combustión. U = Q – W ∆U = Q –W
∫V2 Pdv = Pdv = 0
Como V cte: W= V1 Entonces ∆U = Q –0 ∆U = Q ∆U = -17059,20 J/g
×0,8428 g
∆U = - 14377,49 J
Cambio de entalpia de formación estándar de la muestra: Para la reacccion: C12O22H11 + 12 O2
12 CO2 + 11 H2O
Según valores en la literatura (tablas castellan) ∆HF ° CO2 (g) =
cal −94,0518 mol
∆HF ° H2O (l) =
cal −68,3174 mol
∆HF ° O2 (g) =
0
∆HF ° C12H22O11 =
(12 ∆HF° CO2 g + 11 ∆HF° H20 ) − qv C12O22H11 + 11 −68,3174 + 1394,33 12 −94,0518
= =
cal −751,4914 cal + 1394,33 K cal −1128,6216 mol mol mol
=
cal × 1 Kcal + 1394,33 Kcal −1880,113 mol 1000 cal mol
=
− 1392,44 Kcal mol
Cambio de entalpia de combustión: Para la reacccion: C12O22H11 + 12 O2
12 CO2 + 11 H2O
Se tiene: ∆HRXN = ∆HF productos - ∆HF reactivos ∆H Reaccion = ∆HF CO2 + ∆HF H2O - ∆HF C12O22H11 - ∆HF O2
Kcal =- 1394,32 Kcal 1,880 Kcal 1392,44 mol mol mol
∆H Reaccion = -
Tomando
0,8428 g de muestra
Calor transferido fuera del sistema:
1 mol C12H22O11 × -1394,32 Kcal = -3,4361 Kcal 0,8428 g C12H22O11 × 341,989 g C12H22O11 1 mol C12H22O11
Otra forma ∆U + RT ∆n =∆H
C12O22H11 + 12 O2
12 CO2 + 11 H2O
∆n = 12 – 12 = 0 ∆H =
−14377,49 J + 8,3144 J 294,15 0
∆H =
1 cal × Kcal −14377,49 J × 4,184 J cal
∆H =
− 3,4363 Kcal = ∆H
RX
Para el Acido Benzoico:
C7H6O2 + O2
7 CO2 + 3 H2O
7 - 15 = − 1
∆n =
∆U + RT ∆n =∆H ∆H =
26434,78 × 0,818 g + 8,3144 J 294,15-
1 cal × 1 kcal = 4,8759 Kcal 20400,81 J × 4,184 J 1000 cal
∆H =
PORCENTAJE DE ERROR PARA EL CALOR DE COMBUSTIÓN DE LAS SACAROSA:
− valor experimental ×100 % error = valor teorico valor teorico Según los valores encontrados en la literatura: qv comb C12H22O11 = -1349,6 Kcal/mol
−1349,6 Kcal − −1394,33 Kcal mol mol ×100 % error = −1349,6 Kcal mol % error = 3,31 %
GRAFICAS:
Combustion para el Acido Benzoico 296.5 ) K ( a r u t a r e p m e T
296 295.5 295 294.5 294 293.5 0
20
40
60
80
Tiempo (s)
GRAFICA N° 1 COMBUSTION PARA EL ACIDO BENZOICO
Combustion para la Sacarosa 297.5 297 ) K ( 296.5 a r u t a r 296 e p m295.5 e T
295 294.5 0
20
40
Tiempo (s) GRAFICA N° 2 CAMBUSTION PARA LA SACAROSA
60
80
ANALISIS DE RESULTADOS:
Según los datos obtenidos se observa que para una combustión completa de la pastilla empleada, se requiere una cantidad de exceso de O 2 al igual que un buena conexión de esta con los electrodos. Se determino que el calor de combustión de la sacarosa que en este caso fue de -1394,33 Kcal / mol al compararlo con el valor teorico que es de -1349,6 Kcal / mol, se puede observar que el valor obtenido fue un poco mas bajo, lo cual indica que la causa de esta baja energética en el calor de combustión se debe a errores en la medición de la masa utilizada para la pastilla y perdidas por adicion de oxigeno a la cámara de combustión. El aumento de la temperatura del agua a medida que se da la reacción tiende hacia un valor constante debido a que el flujo calórico es consecuencia del gradiente de temperatura entre los dos sistemas. Por esto cuando se establece el equilibrio, dicho gradiente es igual a cero y la temperatura se mantiene constante.
CONCLUSIONES:
Cuando una sustancia pura en estado sólido se licua o se vaporiza a partir de un estado líquido, a presión constante, no hay ningún cambio en la temperatura; sin embargo, el proceso requiere la transferencia de una cantidad finita de calor a la sustancia. Estos efectos calóricos se conocen como calor latente de fusión y de vaporización respectivamente. En el buen manejo de la instrumentación, una cantidad perfecta para la pastilla y las condiciones adecuadas de la muestra proporcionan una buena toma de datos al igual que una combustión total de la muestra y la oxidación del alambre empleado, como se observa en los resultados obtenidos.
Realizada la práctica se pudo determinar el calor de combustión y formación de la sustancia problema de forma sencilla. Es importante asegurarse que haya cantidad de oxígeno suficiente en la bomba para que se dé la combustión completa.
BIBLIOGRAFIA:
SIENCO & PLANE; Fisicoquimica (1977) Manual practicas Fisicoquimica, Universidad Tecnológica de Pereira.
CALOR DE COMBUSTION
LAURA MELISSA ROBLEDO VELEZ MARIA DE LOS ANGELES GIRALDO
PRESENTADO A: MARIBEL MONTOYA
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA 21 DE SEPTIEMBRE DE 2010
