Entalpía de la combustión

OBJETIVOS:
• Observar y comprender el funcionamiento de un calorímetro.
• Comprender la importancia del conocimiento de la entalpía de combustión, en la industria.
• Determinar el calor de combustión a volumen constante de sustancias sólidas, aplicando el método
calorimétrico.
• Determinar el calor de combustión a presión constante, mediante la corrección del calor de reacción a
volumen constante.
RESUMEN:
Podemos decir que después de las dificultades que se nos presentaron al realizar el experimento desde que se
amarró cuidadosamente la pastilla de material combustible con un alambre de longitud conocida en la bomba,
así una vez bien cerrada la bomba se le puso oxigeno sin que existiera ninguna fuga, para que así lográramos
determinar una temperatura de equilibrio, en donde nos dimos cuenta al abrir la bomba que la combustión de
la pastilla fue completa formándose el ácido nítrico, que posteriormente seria titulado con la solución de
carbonato de sodio.
• Masa de la pastilla: 1 g
• Longitud del alambre es de 11 cm
• Temperatura inicial del agua: 19° C
• Temperatura final del agua: 22 ° C
• Volumen del Na2CO3 para titular el HNO3: 0.02 L
calculos obtenidos
Cálculos Del Balance Térmico.
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Se obtuvo un por ciento de error de:
•
INTRODUCCIÓN
Calorímetro
Un calorímetro consiste, en esencia, en un recipiente aislado térmicamente y lleno de agua, en la cual se
sumerge una cámara de reacción. En una reacción exotérmica, el calor generado se transmite al agua y la
elevación de temperatura resultante en ésta se lee mediante un termómetro sumergido en ella. Cuando se trata
de una reacción endotérmica, hay que medir la reducción de la temperatura en vez de su incremento.
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La termoquímica es una rama de la física química que trata de los cambios térmicos asociados a las
transformaciones químicas y físicas. Su objetivo e la determinación de las cantidades de energía calorífica
cedida o captada en los distintos procesos y el desarrollo de métodos de cálculo de dichos reajustes sin recurrir
a la experimentación.
Para estudiar los efectos químicos térmicos que acompañan a las reacciones químicas, la formulación de
soluciones y los cambios físicos como la fusión o la evaporización. Los cambios fisicoquímicos se clasifican
como:
Endotérmicos: Acompañados por la absorción de calor.
Exotérmicos: Acompañados por desprendimiento de calor.
El calor de una reacción química depende de la condición en que se lleva a cabo el proceso.
Existen dos condiciones particulares en que se desarrollan los procesos, en donde los calores de reacción son
iguales a cambios en funciones termodinámicas.
El primer proceso corresponde a un volumen constante, en donde ningún trabajo se realiza sobre el sistema,
obteniéndose a partir de la Primera Ley de la Termodinámica.
QV = E....................(1)
Lo que significa que el calor de una reacción medido a volumen constante es exactamente igual al cambio de
energía del sistema reaccionante.
El segundo proceso corresponde a la presión constante, como los efectuados en sistema abiertos a la
atmósfera, para los cuales:
QP = H....................(2)
Lo que significa que el calor de reacción medido a presión constante es igual al cambio de energía del sistema
de reacción.
Es necesario emplear datos obtenidos con bombas calorimétricas, en las cuales se obtiene el cambio de
energía (E) y corregirla para calcular H.
Esto se obtiene a partir de la definición de la entalpía (H).
H = E + PV....................(3)
H = E + (PV)....................(4)
Entendiéndose por (PV) la diferencia entre los productos PV de productos reactivos.
Como en reacciones a temperatura constante el (PV) depende del cambio de moles gaseosos entre productos
y reactivos, se tiene:
(PV) = nRT....................(5)
obteniéndose así la reacción entre el cambio de entalpía y el de energía,
2
H = E + nRT
Donde n se toma como el número de moles de producto menos el de reactivos que se encuentran en estado
gaseoso.
Ya que E y H son funciones punto, el H ó el E para cualquier reacción química es indispensable de las
posibles reacciones intermedias que puedan ocurrir.
Este es el principio de G. H. Hess; y se conoce con el nombre de la Ley de Hess. La cual se enuncia de la
siguiente forma:
El calor producido o absorbido en una reacción dada, debe ser independiente de la forma particular en que
ocurre la reacción
Calor de formación
Es el cambio térmico que implica la formación de 1 mol de una sustancia a partir de sus elementos. El calor de
formación normal es el calor correspondiente al caso en que todas las sustancias que intervienen en la
reacción tienen cada una actividad unitaria. La entalpía de cada uno de los elementos en su estado normal a 25
ºC es cero.
Calor de combustión
Es la cantidad de calor liberado por mol de una sustancia quemada. Los calores de combustión se pueden
emplear directamente para calcular calores de formación de compuestos orgánicos. Si éstos compuestos
contienen solo carbono, hidrogeno y oxigeno se necesita la información complementaria acerca del calor de
formación del dióxido de carbono y del agua líquida.
MATERIAL Y EQUIPO:
• 1 Bomba calorimétrica tipo Parr completa
• 1 Bureta de 25 mL montada en un soporte.
• 1 Matraz Erlermeyer de 100 mL
• 1 pipeta graduada de 1 mL
• 1 Balanza electrónica.
• 1 Espátula.
• 1 Vidrio de reloj.
• 1 Probeta de 500 mL
• 10 a 12 cm de alambre fusible de níquel.
SUSTANCIAS:
• Naftaleno
• Ácido benzoico
• Agua destilada
• Solución 0.0725 N de Na2CO3
• Anaranjado de metilo.
DESARROLLO
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CALCULOS Y RESULTADOS
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ANÁLISIS DE RESULTADOS
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A la hora de realizar los cálculos de la entalpía de combustión de los datos obtenidos y del error experimental
podemos observar que el valor del porcentaje de error no es muy elevado pero aún así indica una variación
dentro de los términos que estamos tratando. Podemos decir que el porcentaje de error se debió a las
condiciones del ambiente así como a errores cometidos por nosotros, a la hora de hacer la pastilla, a la hora de
limpiar el residuo de la pastilla y agregarle los 10 ml de agua, así como a la hora de la titulación, ya que
agregamos algunos mililitros más, después de alcanzada la titulación.
CONCLUSIÓN:
El desarrollo de esta práctica ha traído como consecuencia la determinación de la capacidad calorífica de la
sustancia que intervienen en la reacción, es decir el naftaleno.
Mediante la aplicación de la técnica del calorímetro, que en esta ocasión ha sido construido previamente, y
mediante la aplicación de energía eléctrica, se causa la combustión de la pastilla de naftaleno.
Dicha combustión pretende darnos a conocer la temperatura a la cual se ha generado la combustión de manera
que se conozca la temperatura a la cual se ha generado la combustión, para aplicando las formulas
correspondientes poder conocer el calor de combustión de la reacción, cuando esta se ha realizado a volumen
constante.
Hecho lo anterior se procedió a realizar el ajuste necesario, mediante un proceso a presión constante,
realizando una neutralización de un ácido, con la base que se genera de la reacción de combustión.
De esta manera se han determinado el calor y la entalpía de combustión de la reacción que se ha efectuado, de
esta manera, se han conocido las condiciones necesarias para determinar dichas condiciones, de tal manera
que se logro un 6.92% de error respecto al valor teórico determinado mediante la Ley de Hess, y vimos que se
cumplen las condiciones establecidas por dicha ley.
Este proceso lo podemos observar en la industria de la fabricación del vidrio y los procesos de fundición de
metales, en los que se utilizan hornos de fundición.
CUESTIONARIO
• Escriba las ecuaciones de las dos reacciones químicas de combustión llevadas a cabo.
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• Determine la entalpía de combustión para cada una de las sustancias, expresando el resultado en
kJ/mol?
El cálculo se encuentra en la parte de cálculos y resultados
• ¿Qué establece la Ley de Hess?
El calor desprendido o absorbido en una reacción dada debe ser independiente de la manera particular en que
se verifica.
• Calcule el valor de
teóricamente esperado, con la aplicación de la Ley de Hess para el naftaleno y para el ácido benzoico.
Tome los datos necesarios de la información que se le proporciona a continuación. .
• ¿Cuál es el porcentaje de desviación entre el valor teórico y el valor obtenido experimentalmente
para la entalpía de combustión
en cada caso?
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Existe una desviación del 6.92%.
• ¿Qué importancia tiene desde un punto de vista industrial, el conocer la entalpía de combustión de
un material inorgánico? Cita algunos ejemplos específicos.
Es importante de manera que se puede conocer la energía que se desprenderá de una reacción de combustión y
así determinar la capacidad de determinados equipos. Esto se plica en procesos como lo es la fabricación del
vidrio y los procesos de fundición de metales, en los que se utilizan hornos de fundición.
BILIOGRAFÍA:
• FUNDAMENTOS DE FISICOQUÍMICA
Maron y Prutton
Ed. Limusa
3ª Edición
México, 1972
Págs. 143 − 145
• FISICOQUÍMICA.
Gilbert W. Castellan.
Ed. Addison Wesley Longman PEARSON
Segunda edición.
Pags. 118, 119, 120, 127, 128 y 129
• FISICO−QUIMICA
Farrington Daniels y Robert A, Alberty.
Ed. C.E.C.S.A.
Pags. 150−175
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