NDICE

1. OBJETIVOS pg. 2

2. FUNDAMENTO TERICOpg. 2

3. OBSERVACIONES pg. 4

4. DATOSpg. 4

1. Datos experimentales2. Datos bibliogrficos

5. TRATAMIENTO DE DATOSpg. 5

6. DISCUSIN DE LOS RESULTADOSpg. 11

7. CONCLUSIONESpg. 11

8. RECOMENDACIONESpg. 11

9. ANEXO: pg. 12

10. BIBLIOGRAFApg. 15

ENTALPA DE UNA REACCIN QUMICA

I. OBJETIVOS:

Determinar el calor de una reaccin qumica haciendo uso del calormetro de hielo Calcular la entalpa de reaccin entre el magnesio y el cido sulfrico a presin constante y a temperatura ambiente (condiciones estndar). Hacer una grfica entre volmenes y tiempo trascurrido. Hallar la Entropa y energa de Gibbs.

II. FUNDAMENTO TERICO:

Concepto de entalpa de reaccin estndar: condiciones termoqumicas estndar

Vamos a profundizar en este apartado en un concepto fundamental en termoqumica, elconcepto de entalpa de reaccin,Hr. Definimos laentalpa de una reaccin qumicacomo elcalor absorbido o desprendido en dicha reaccin qumica cuando sta transcurre a presin constante, es decir:H = QPH : entalpa de la reaccinQP: calor transferido a presin constanteElvalorde entalpa es distinto segn a qu presin y a qu temperatura se lleve a cabo la reaccin. Por este motivo se definen unas condiciones estndar. Lascondiciones estndar termoqumicasson 25C (o 298 K) y 1atm de presin (1,01310^5 Pa). Cuando la reaccin se lleva a cabo en dichas condiciones estndar, su variacin de entalpa (H)recibe el nombre de entalpa estndar de reaccino tambinentalpa normal de reaccin,y se representa comoHor.

Distintos tipos de entalpas de reaccin: entalpas de combustin y entalpas de formacin.

Aunque cualquier entalpa es, por definicin, una entalpa de reaccin (variacin de calor a presin constante asociada a una reaccin qumica) es frecuente especificar un poco ms y, en lugar de llamarla entalpa de reaccin, indicamos el tipo de reaccin a que se refiere, por ejemplo, en el caso del CO y el oxgeno, se trata de una reaccin de combustin, por lo que a su entalpa de reaccin se la puede llamar entalpa de combustin,HocDel mismo modo sucede, por ejemplo, con las entalpas de las reacciones deformacinde un compuesto, que reciben el nombre de entalpas de formacin, y que veremos con detenimiento en el apartado prximo por su gran utilidad y la frecuencia de su uso.Diagramas de entalpaUn diagrama de entalpa es un grfico que permite mostrar de un modovisualla variacin de entalpa de una reaccin qumica. Si nosotros tenemos una reaccin:R > P HoR

Como el valor absoluto de entalpa no se conoce, el origen de la escala de entalpas es arbitrario. Por ello, lo que se hace es representar reactivos y productos, siendo la diferencia entre ellos el valor de entalpa de la reaccin.Si lareaccin es endotrmica, es decir, absorbe calor, eldiagrama de entalpatendr la forma siguiente:

Si lareaccin es exotrmica, es decir, desprende calor, eldiagrama de entalpatendr la forma siguiente:

III. OBSERVACIONES Luego de insuflar aire por el tubo con llave y vemos que por la pipeta asciende una columna de agua cuyo nivel descenda muy lentamente. Luego de unos instantes de agregar el magnesio el nivel del agua en la pipeta descenda con mayor velocidad. Pero despus aproximadamente 10 min el descenso del nivel de agua se volvi nuevamente lento. El magnesio era plomizo antes del experimento, luego de este el magnesio luca gastado y de un color plateado.

IV. DATOS:

Datos experimentales

Masa inicial del Magnesio = 0.2 g. Temperatura de trabajo =19 C Presin de trabajo = 760 mmHgDatos bibliogrficos:

Densidad del hielo a 0 C = 0.9164 g/ml Densidad del agua a 0 C = 0.9999 g /ml L fusin =79.7 cal/g a 0 C Masa molar de Mg =24,031g

Sustancia / ReactivoCapacidad calorficaCp (cal.mol-1.K-1)Entalpia de formacin Hf (kJ.mol-1)Entropa S (J.mol-1.K-1)

MgSO4(ac)26,7-1285,091,60

H2(g)6,62 + 0,00081T0130,7

H2SO4(ac)0,03478 + 0,0039T-909,320,10

Mg(S)6,20 + 0,00133T 67800T-2032,68

V. TRATAMIENTO DE DATOS:

a) Elaborar un grfico de nivel de lquido vs. tiempo y trazar una lnea recta a travs de las proporciones inicial y final de las curvas correspondientes a estos periodos.

Nuestro grupo tena para trabajar con tres conjunto de datos, graficamos a continuacin lo pedido para estos datos

Grfica del grupo 1: volumen vs tiempo (Lo descartamos porque el intervalo de tiempo tomado es muy grande, se nota que presenta datos muy dispersos)

Grafica del grupo 7: volumen vs tiempo (Lo descartamos porque no duro el tiempo indicado)

Grafica del grupo 2: volumen vs tiempo

Al seleccionar los datos del grupo 2, usando el mtodo de Dickinson para hallar la variacin del volumen experimental ,debemos realizar el siguiente procedimiento:

ETAPAECUACION

Antes de agregar magnesio (L1) 0.0857x - 0.0067

Durante la reaccin (C1) 0.002x4 - 0.0639x3 + 0.6845x2 - 2.2132x + 0.757

Despus de echar magnesio (L2) 0.0983x + 2.1257

1. Intersectamos L1 y C1 ,obtenemos : x1= 5.448 s2. 3. Intersectamos L2 Y C1 ,obtenemos: x2= 9.698 s

Ahora igualaremos las reas, tomando un punto Xo en la curva:

rea 1 = (1)

rea 2 = (2)(1) = (2), tenemos: xo =7.3136 s

El cambio volumen del hielo derretido durante reaccin es:

V experimental = [0.0857 x (7.3136 5.4482) + 0.0983x (9.6982 7.3136)] V experimental =0.5538 m L

b) Calcular el volumen de 1 g de hielo y agua respectivamente y con ellos el cambio de volumen en la fusin de 1 g de hielo.

De los datos tenemos:

273.15 hielo = 0.9164g/mL273.15 agua = 0.9999g/mL

A 0C tenemos el volumen de 1g hielo y 1g agua respectivamente:

V hielo = 1g/(0.9164g/mL) = 1.0912mL

V agua = 1g/(0.9999g/mL)=1.0001mL

Entonces el V en la fusin de 1g de hielo es:V= 0.0911 mL

c) Calcular el calor liberado cuando 1 mol de Mg. se disuelve en H2SO4 (1.0M)

El cambio volumen del hielo derretido por la reaccin es: V =0.5538 m L Calculando la masa del hielo fundido correspondiente al cambio del volumen durante la reaccin:

1 g de hielo 0.0911mL

X = 6.079g

0.5538mL

Calculando el calor liberado por la fusin del hielo (calor de la reaccin del Mg (0.2 g)):

Q reaccion = m hielo x FusinQ reaccion = 6.079g x 79.7cal/gQ reaccion =484.496 cal

Calculando el calor liberado para una mol de Mg:

Q (1mol de Mg) = = = 246.466

d) Determinar S para la reaccin exotrmica.

H2SO4(ac) + Mg(s) MgSO4(ac) + H2(g) + Q

a 25C De las tablas tenemos a 0C:

e) Hallar el cambio de energa de Gibbs de la reaccin a las condiciones de trabajo

Calculamos el cambio de la energa de Gibbs ,experimentalmente (273,15K)

De tablas tenemos la energa libre de Gibbs terico:

= - 378.489 kJ/mol -(273.15K)( 159.748 kJ/mol.K)

(0C) = -422.12 KJ/mol Hallando el porcentaje de error :% error = | (G Terico - G Experimental) /G terico | x 100%% error = 31,32 %

f) Calcular el cambio de entalpa de reaccin a la temperatura de 0 C con las ecuaciones dadas en la introduccin terica.

H2SO4(ac) + Mg(s) MgSO4(ac) + H2(g) + Q

De las tablas tenemos a

Calculando el % de error:

% error = | (H Terico - H Experimental) /H terico | x 100%% error =34,93 %

VI. DISCUSIN DE LOS RESULTADOS:

El calor por el cual el hielo se derrite dentro del calormetro no se debe nicamente al calor de reaccin tambin hay un calor absorbido por el ambiente dado a que no se puede aislar a un sistema completamente, pero consideramos solo al calor de reaccin porque este hace derretir al hielo en gran medida comparado con el calor del ambiente.

VII. CONCLUSIONES:

La entalpia de formacin H es negativa; la entropa S es positiva y la energa de Gibbs G es negativa, deducimos que la reaccin es espontanea. La velocidad de descenso del agua aumenta cuando agregamos las cintas de magnesio al tubo producto de la reaccin que ocurre con el cido sulfrico, ya que hemos alterado el equilibrio trmico que haba alcanzado el sistema una masa de agua slida dentro del calormetro se derrite disminuyendo su volumen y provocando el descenso del nivel del agua en la pipeta graduada.

VIII. RECOMENDACIONES:

Es importante que la mayor parte de la pipeta sobresalga del tapn pues las mediciones se deben realizar durante un largo periodo de tiempo y el nivel del agua debe ser visible en todo este tiempo para obtener buenos resultados. Asegurarse de que el tapn del frasco este bien presionado, de no ser as cuando insuflemos aire para elevar el nivel de agua en la pipeta este nivel caer abruptamente y no se podr apreciar las variaciones del volumen del agua. Tambin es necesario el bulbo que contendr al cido este totalmente cubierto de hielo en el interior del calormetro para que el calor pueda fluir eficientemente hacia el hielo.

IX. ANEXO: CALORIMETRA ISOPERIBLICADESCRIPCIN DEL MTODOSe refiere a un calormetro en el cual la temperatura de los alrededores del sistema permanece constante, mientras que la temperatura en el sistema cambia (siendo sus paredes semiadiabticas). El cambio en la temperatura , es proporcional al calor generado o consumido durante el proceso: =. En donde se refiere a la capacidad calorfica del calormetro que puede ser determinada realizando trabajo elctrico sobre el sistema. Bajo estas condiciones la pendiente de la curva temperatura en funcin del tiempo es proporcional al flujo de calor =()Siendo el calor ganado o perdido en el sistema igual al cambio entlpico .CALORMETRO ISOPERIBLICOEl calormetro isoperiblico utilizado se basa en el sistema descrito. A continuacin se hace una descripcin del instrumento y luego se har una descripcin del proceso de medida, ver Figuras 1-1 y 1-2.La celda para el solvente es un vaso Dewar construido en vidrio Pyrex, el cual tiene una capacidad de 30 mL. La celda que contiene al soluto fue construida de acero inoxidable con tapas de tefln y cuya capacidad es 1 mL, ver Figura 1-2. Mediante un dispositivo mecnico se realiza la apertura de la celda para que ocurra el proceso de disolucin y el sistema de agitacin, 7 en Figura 1-2, permite la disolucin rpida del soluto en el solvente.Los cambios de temperatura ocasionados por el proceso de mezcla fueron registrados mediante un termistor PTC de 3 k conectado a un puente de Wheatstone, el cual se encuentra termostatado. La seal del puente es amplificada y registrada, en voltios, mediante un multmetro marca Agilent 34401-A (6 dgitos). Los datos fueron adquiridos a travs de la interfase del multmetro y un computador con el programa de adquisicin Agilent Intuilink versin 1.0.El anterior arreglo experimental fue colocado en un sistema de dos termostatos, un termostato externo y un termostato interno, ver Figura 1-1. El termostato externo permanece a 2C por debajo de la temperatura a la cual se realiza la medida, su temperatura es controlada mediante un control de temperatura, el cual permite una temperatura estable a 0.5 C. La temperatura del termostato interno es controlada con un control de temperatura, marca Julabo LC6, el cual permite un control mejor a 0.01 C. El calormetro fue colocado dentro del termostado interno, la variacin de la temperatura dentro del termostato interno se determina con un termmetro diferencial Beckmann cuya mnima divisin es de 0.01C, en todos los casos la variacin de temperatura fue menor a 0.01C.Luego de cada proceso de mezcla el sistema fue calibrado mediante el mtodo de trabajo elctrico, utilizando para esto una resistencia de precisin de 20 y una fuente regulada marca GW, GPS-3030 D.C.Figura 1-1: Montaje experimental del calormetro isoperiblico.

Figura 1-2: Calormetro isoperiblico, a) celda del soluto cerrada, b) celda del soluto abierta

1.1.4MTODO PARA LA DETERMINACIN DE ENTALPAS MOLARES DE SOLUCINInicialmente el calormetro (Figura 1-1) se coloca en el bao termostatado hasta que el sistema alcance el equilibrio trmico (parte A, del termograma mostrado en la Figura 1-3). Una vez el sistema ha alcanzado el equilibrio, se abre la celda que contiene el soluto, permitiendo as el proceso de mezcla (parte B, de la Figura 1-3). Se continua registrando la propiedad termomtrica hasta que los cambios de pendiente sean constantes (parte C,Figura 1-3) y luego se realiza la calibracin del sistema mediante trabajo elctrico, (parte D, Figura 1-3). Este procedimiento permite calcular el cambio entlpico del proceso y la incertidumbre debido a la repetibilidad de la medida.Figura 1-3: Termograma tpico para un proceso de mezcla usando un calormetro isoperiblico:

Para el clculo del , se determina el cambio de energa debido a la reaccin , mediante la ecuacin:= (1-1)Donde es la energa suministrada durante la calibracin elctrica, y son los cambios en la propiedad termomtrica, voltaje, en este caso, durante la reaccin y durante la calibracin elctrica respectivamente.Teniendo en cuenta que se calcula a partir de la ecuacin:=2 (1-2)Donde es el voltaje suministrado durante el calentamiento, en voltios; es el valor de la resistencia elctrica, en ohmios; es el tiempo del calentamiento en segundos, a las condiciones experimentales:= (1-3)En consecuencia se obtiene:=2 (1-4)El cambio en la propiedad termomtrica se calcula usando el mtodo de reas equivalentes propuesto por Dickinson [25], el cual se ilustra en la Figura 1-4.La entalpa molar de solucin se calcula a partir de la cantidad en moles de soluto, es decir:= (1-5)De esta forma con las calibraciones elctricas se calcula el valor de , la entalpa molar de solucin promedio y la correspondiente incertidumbre.Figura 1-4: Mtodo de Dickinson para determinar los en la propiedad termomtrica

X. BILIOGRAFIA:

http://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa_est%C3%A1ndar_de_reacci%C3%B3n

Consultado el da 12 de setiembre 2013.LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 113