TERMOQUÍMICA A MICROESCALA

TERMOQUÍMICA A MICROESCALA
Estefanía Piles Selma
Verónica Piles Selma
I.E.S. Enric Soler i Godes
Agradecimientos:
Esta práctica la realizamos por primera vez en un curso del Cefire titulado: “Química a
microescala” impartido por Maria Teresa Climent, a quien tenemos que agradecer su
aprobación para poderla reproducir con alumnos, así como su colaboración.
En referencia al desarrollo de la práctica con alumnos de 1º de Bachiller del IES Enric
Soler i Godes, tenemos que agradecer en primer lugar la participación y colaboración
del profesor Joan Beferull por facilitarnos los recursos para llevarla a cabo, así como la
colaboración de los alumnos.
1
Introducción:
La termoquímica estudia los cambios de energía asociados a las transformaciones
químicas. Cuando en una reacción química los reactivos (R) y los productos (P) se
encuentran a la misma presión (frecuentemente la presión atmosférica), el calor puesto
en juego durante el proceso (R → P) se denomina variación de entalpía (∆H = Qp). A
partir de ello, se distinguen:
1) Procesos químicos exotérmicos, donde se desprende calor y ∆H<0.
2) Procesos químicos endotérmicos, donde se absorbe calor y ∆H>0.
La variación de entalpía (∆H) puede determinarse experimentalmente por medida del
calor involucrado en los procesos químicos, con un equipamiento relativamente sencillo
y eficaz como es un CALORÍMETRO.
A nivel cualitativo, en la presente práctica, estudiaremos la variación de entalpía
mediante la observación experimental de variaciones de temperatura durante el proceso
químico. De manera que distinguiremos:
1) Procesos químicos exotérmicos, cuando se observe un aumento de temperatura.
2) Procesos químicos endotérmicos, cuando se observe una disminución de
temperatura.
A este estudio cualitativo, añadiremos un procedimiento de trabajo a nivel de
microescala, que a diferencia de la forma habitual en el laboratorio, utiliza pequeñas
cantidades de sustancias y material más pequeño, con el fin de utilizar cantidades
mínimas de reactivos y generar las mínimas cantidades de residuos.
Objetivo:
Distinguir cualitativamente un proceso exotérmico de uno endotérmico, mediante un
procedimiento a microescala, incluyendo la construcción casera del calorímetro y del
imán agitador.
Relación del tema propuesto con el curriculo del curso:
Está relacionado con el concepto de calor de la asignatura de Física y Química de 1º de
Bachiller.
2
Material y recursos necesarios:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Vaso de precipitados de 50 mL.
Termómetro.
Material poroso.
Pipeta Pasteur.
Clip.
Mechero Bunsen.
Pinzas.
Cúter.
Papel de aluminio.
Probeta de 10 mL.
Agitador magnético.
Reactivos:
•
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•
•
Disolución de NaOH 1M.
Disolución de HCl 1.2M.
Agua destilada.
Nitrato potásico.
Normas de seguridad:
•
•
En la construcción del imán agitador, el material que ha estado en contacto con
llama (pipeta Pasteur) está extremadamente caliente y puede provocar
quemaduras. Conviene manipularlo con pinzas y dejar enfriar antes de cogerlo
con los dedos.
Deben utilizarse gafas protectoras, guantes y campana de ventilación durante la
preparación de las disoluciones.
Procedimiento:
Construcción del calorímetro:
1. Cortar con el cúter un cuadrado del material poroso de manera que en el centro se
pueda vaciar un cilindro, hueco, en el que se introduzca el vaso de precipitados de 50
mL. El material vaciado servirá de tapa del vaso de precipitados. Tanto el soporte como
la tapa se envuelven con papel de aluminio para evitar que el material poroso se vaya
deshaciendo al manipularlo.
2. Introducir el termómetro a través de la tapa, de manera que quede a una altura
aproximadamente la mitad del vaso.
3
Construcción del imán agitador:
1. Cortar un trocito de clip de aproximadamente 0.5 cm.
2. A partir de una pipeta Pasteur, a la llama de un mechero Bunsen, se sella el capilar
de la pipeta.
3. Colocar el trocito de clip dentro de la pipeta hasta llegar al capilar. Calentar el vidrio
por el otro extremo del capilar para derretir y separar la parte que envuelve el clip del
resto de pipeta.
4. Sellar a la llama el extremo recién cortado.
4
A) DETERMINACIÓN DE LA VARIACIÓN DE ENTALPÍA ASOCIADA A LA
NEUTRALIZACIÓN ENTRE UN ÁCIDO FUERTE Y UNA BASE FUERTE.
HCl (ac) + NaOH (ac) → NaCl (ac) + H2O (l)
1. Introducir 10 mL de una disolución NaOH 1M en el calorímetro casero (con el imán
agitador), taparlo y medir la temperatura (Tb).
2. Tomar 10 mL de HCl 1.2M, medir su temperatura (Ta), con el termómetro limpio, y
añadirlos al calorímetro.
3. Conectar el agitador magnético y observar atentamente la evolución de la
temperatura de la mezcla.
4. Anotar el valor máximo alcanzado por la mezcla (Te).
B) DETERMINACIÓN DE LA VARIACIÓN DE ENTALPÍA ASOCIADA A LA
DISOLUCIÓN DE UN SÓLIDO IÓNICO.
1. Introducir 9 mL de agua destilada junto con el imán agitador y anotar la temperatura
(Td).
2. Se pesan, con la máxima precisión, 1g de KNO3, se introduce en el calorímetro y se
observa la variación de temperatura, anotando el valor de ésta una vez se haya
estabilizado (Te).
5
Tiempo necesario para desarrollar esta práctica:
Preparación de reactivos y organización del material: 30 minutos.
Realización de la práctica: 1 sesión
Cuestiones para los alumnos y recopilación de resultados:
•
•
•
¿Cuál es la temperatura inicial de cada reactivo?
¿Cuál es la temperatura de equilibrio de la mezcla?
¿Es un proceso exotérmico o endotérmico?
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Recopilación de los resultados:
EXPERIENCIA 1
GRUPOS Tb(ºC)
1
2
3
4
5
20
21
22
19
22
Ta(ºC)
19
19
20
20
20
Exotérmica/
Te(ºC)
Endotérmica
22
22
24
24
25
Exotérmica
Exotérmica
Exotérmica
Exotérmica
Exotérmica
EXPERIENCIA 2
Td(ºC)
Te(ºC)
Exotérmica/
Endotérmica
18
19
18
18
19
14
13
13
12.5
14
Endotérmica
Endotérmica
Endotérmica
Endotérmica
Endotérmica
Análisis de las respuestas de los alumnos:
Los alumnos quedaron muy sorprendidos en la construcción casera del calorímetro y del
imán agitador, así como en su aplicación respecto al calorímetro habitual en laboratorio.
Además, la mayor parte de los alumnos entendieron el concepto de microescala, la
importancia de su aplicación y el objetivo de la práctica.
Las respuestas de los alumnos se consiguieron mediante la siguiente tabla:
EN
DE
MUY DE
MUY EN
DESACUERDO DESACUERDO ACUERDO ACUERDO
¿Te ha parecido
interesante la
práctica?
¿Se han cumplido
los objetivos
previstos?
¿Has entendido la
diferencia entre
reacción
endotérmica y
exotérmica?
¿Has entendido el
concepto de
microescala?
¿Has entendido la
función del
calorímetro?
¿Recomendarías la
realización de esta
práctica en cursos
posteriores?
Las condiciones propuestas para el desarrollo de la práctica han sido adecuadas y muy
interesantes para los alumnos.
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