Colegio Germania del Verbo Divino

Puerto Varas

Departamento de Ciencias

Qumica

Claudio Alcayaga lvarez

Laboratorio:

Determinacin de Entalpas

Integrantes: Serene Barra

Anglica Morales

Catalina Muoz

Francisca Figueroa

Curso: 3medio 2015

Fecha: 1 de Julio 2015

Introduccin

Casi todas las reacciones qumicas absorben o liberan energa, generalmente en forma de calor. Para poder comenzar con esta prctica, primero se debe entender la diferencia entre energa trmica y calor. El calor es la transferencia de energa trmica entre dos cuerpos que estn a diferentes temperaturas.

Cuando se habla de flujo de calor, se refiere a la transferencia de energa desde un objeto caliente hacia uno fro. Sin embargo, para describir los cambios energticos que ocurren durante un proceso, se suele hablar acerca del calor absorbido o calor liberado. Las reacciones que ocurren durante un proceso pueden ser endotrmicas, si absorben calor, o exotrmicas, si desprenden calor. Los cambios endotrmicos se expresan con signo positivo, y los cambios exotrmicos con signo negativo, de acuerdo con la primera ley de la termodinmica.

El cambio de entalpa ocurrido en la reaccin directa es exactamente opuesto en la reaccin inversa. Este efecto trmico es el mismo sin importar si la reaccin ocurre en una o varias etapas. La magnitud del cambio depende de la constitucin, el estado fsico de reactivos y productos y de la expresin estequiomtrica.

Los cambios trmicos pueden ocurrir a presin constante o a volumen constante y se definen con la siguiente frmula:

El objetivo general de este laboratorio es verificar el clculo de las entalpas de tres ensayos diferentes, reconociendo los principios bsicos de termodinmica, adems de conocer y aplicar material que se utilizar durante el desarrollo del experimento. Para esto se realizarn dos disoluciones, una de soda custica y otra de urea, finalizando con una reaccin de neutralizacin protagonizada por el NaOH y el cido clorhdrico. Se pondrn en prctica diferentes habilidades tales como: reconocer, comparar, aplicar y analizar.

Objetivos especficos

Entender el concepto de Entalpa.

Emplear adecuadamente instrumentos de medida de masas y volmenes, as como otros materiales de laboratorio.

Resolver problemas sencillos sobre la preparacin de disoluciones.

Determinar los calores de reaccin.

Analizar los resultados obtenidos al aplicar las tcnicas de determinacin de la Entalpa.

Formular conclusiones en base a la experiencia realizada.

Materiales y procedimiento

1. Materiales:

3 vasos precipitados de 100 ml (Ver figura 1)

3 tubos de ensayo (Ver figura 2)

1 probeta de 10 ml (Ver figura 3)

Varilla de agitacin.

Piseta (Ver figura 4)

Termmetro (Ver figura 5)

Balanza (Ver figura 6)

Vidrio reloj (Ver figura 7)

1.1 Reactivos:

Soda custica (ver figura 8)

Urea (ver figura 9)

Solucin concentrada de cido clorhdrico (ver figura 10)

2. Procedimiento

Ensayo 1: Determinacin de la entalpa de disolucin de la soda custica.

1. Pesar el vaso precipitado vaco. (mv)

2. Llenar el vaso precipitado con 80 ml de agua, para luego pesarlo. (mva)

3. Colocar dentro del vaso precipitado un tubo de ensayo vaco.

4. Medir 10 ml de agua destilada en una probeta y agregrselo al tubo de ensayo que est dentro del vaso precipitado.

5. Medir, con ayuda del termmetro, la temperatura inicial del sistema. (Ti)

6. Pesar cuidadosamente 2 gr de soda custica.

7. Agregar los 2 gr de soda custica al tubo de ensayo que est en el vaso precipitado y agitar suavemente, manteniendo el tubo de ensayo dentro del vaso precipitado en todo momento, hasta que sta se disuelva completamente.

8. Medir la temperatura final. (Tf)

9. Ejecutar los clculos pertinentes para determinar la entalpa de la disolucin.

*NOTA IMPORTANTE: Despus de realizar el procedimiento, reservar la solucin para el prximo ensayo (ensayo 3).

Ensayo 2: Determinacin de la entalpa de disolucin de la urea.

1. Repetir los mismos procedimientos que en el ensayo 1 (determinacin de la entalpa de disolucin de la soda custica), pero esta vez utilizando en vez de soda custica, urea.

2. Realizar los clculos pertinentes para determinar la entalpia de disolucin de la urea.

Ensayo 3: Determinacin de la entalpa de neutralizacin.

1. Pesar el vaso precipitado vaco.

2. Llenar el vaso precipitado con 80 ml de agua, para luego pesarlo.

3. Colocar dentro del vaso precipitado un tubo de ensayo vaco.

4. Tomar 5 ml de la solucin del ensayo 1 y colocarlo en el tubo de ensayo.

5. Registrar la temperatura. (Ti)

6. Con la ayuda de una micropipeta agregar 3 ml de cido clorhdrico concentrado.

7. Medir la temperatura final. (Tf)

8. Realizar los clculos pertinentes.

*NOTA IMPORTANTE: Tener precaucin al momento de trabajar con el cido clorhdrico ya que es una sustancia altamente corrosiva.

Resultados

Resultados del ensayo 1: Determinacin de la entalpa de disolucin de la soda custica.

Se pes el vaso precipitado vaco y se observ que el peso corresponda a 48,1 g (ver figura 11). Luego se pes nuevamente el vaso precipitado, pero conteniendo en su interior 80ml de agua de la llave, por lo que se pudo observar que el peso total era de 121,6 g (ver figura 12). Posteriormente, se introdujo un tubo de ensayo en el vaso precipitado y se midieron 10 ml de agua destilada en una probeta para luego agregarlos al tubo de ensayo, de lo cual se logr determinar que la temperatura inicial del sistema era de 12,5 grados Celsius (ver figura 13). Despus se pesaron cuidadosamente 2 gr de soda custica (ver figura 14) y se agregaron al tubo de ensayo presente en el vaso precipitado (ver figura 15), el cual se agit suavemente hasta conseguir que se diluya completamente. Posterior a esto, se determin que la temperatura final del sistema era de 15 grados Celsius (ver figura 16).

Clculos:

De acuerdo a los clculos de entalpa realizados correspondientes al ensayo 1, se logr determinar que el valor obtenido es -15,376 KJ/mol.

Resultados del ensayo 2: Determinacin de la entalpa de disolucin de la urea.

Se pes el vaso precipitado vaco y se observ que el peso corresponda a 42,3 g (ver figura 17). Luego se pes nuevamente el vaso precipitado, pero conteniendo en su interior 80ml de agua de la llave por lo que se pudo observar que el peso total era de 115,4 g (ver figura 18). Posteriormente, se introdujo un tubo de ensayo en el vaso precipitado y se midieron 10 ml de agua destilada en una probeta para luego agregarlos al tubo de ensayo; de lo cual se logr determinar que la temperatura inicial del sistema era de 13 grados Celsius (ver figura 19). Despus se pesaron cuidadosamente 2 gr de urea (ver figura 20) y se agregaron al tubo de ensayo presente en el vaso precipitado (ver figura 21), el cual se moli y agit hasta conseguir que se diluya completamente. Posterior a esto, se determin que la temperatura final del sistema era de 12 grados Celsius (ver figura 22).

Clculos:

De acuerdo a los clculos de entalpa realizados correspondientes al ensayo 2, se logr determinar que el valor obtenido es /mol.

Resultados del ensayo 3: Determinacin de la entalpa de neutralizacin.

Se pes el vaso precipitado vaco y se observ que el peso corresponda a 48,8 g (ver figura 23). Luego se pes nuevamente el vaso precipitado, pero conteniendo en su interior 80ml de agua de la llave por lo que se pudo observar que el peso total era de 112,9 gr. Posteriormente, se introdujo un tubo de ensayo en el vaso precipitado; luego se tomaron 5 ml de la solucin del ensayo 1 y se situaron en el tubo de ensayo; de lo cual se logr determinar que la temperatura inicial era de 13 grados Celsius (ver figura 24). Despus, mediante una micropipeta, se agregaron 3 ml de cido clorhdrico concentrado al tubo de ensayo (ver figura 25) y se observ una reaccin burbujeante que emita una especie de vapor. Posteriormente se determin que la temperatura final era 14 grados Celsius (ver figura 26).

Clculos:

De acuerdo a los clculos de entalpa realizados correspondientes al ensayo 3, se logr determinar que el valor obtenido es -2,915118 KJ/mol.

Discusin o anlisis de resultados

Anlisis de los resultados del ensayo 1:

Determinacin de la entalpa de disolucin de la soda custica

Al agregar la soda custica al tubo de ensayo que contena los 10 ml de agua destilada, sta se disuelve completamente liberando una gran cantidad de calor, por lo que podramos definir a esta disolucin como un proceso exotrmico.

Mientras se realizaba la prctica, la soda custica comenz a humedecerse, lo que signific una dificultad en su manejo. La caracterstica o capacidad de recibir la humedad del aire recibe el nombre de higroscpica.

Luego de analizar esto, se determinar la Entalpa con los valores experimentales obtenidos y aplicando la ecuacin correspondiente; comenzando primero con la determinacin del calor de la disolucin utilizando el principio cero de la termodinmica:

Se empieza con el clculo de Q AGUA:

Q AGUA: ma x ce x (Tf Ti)

Q AGUA: (mva- mv) x ce x (Tf Ti)

Q AGUA: (121,6 gr 48,1 gr) x 1 cal/ grC x (15C 12,5C)

Q AGUA: 73,5 gr x 1 cal/grC x 2,5C

Q AGUA: 183,75 cal

Pero como Q AGUA =Q DISOLUCIN y se est frente a una disolucin exotrmica, el calor de la disolucin adquiere un valor negativo.

La entalpa ser calculada con la siguiente frmula:

Como en el denominador se tienen moles, primero hay que calcularnos mediante la frmula:

NaOH

MM= 1x 22,98+ 1x 16 + 1x 1

MM= 39,98 gr/mol

Ahora se procede a calcular la entalpa:

Se realiza la transformacin de caloras a joules, y posteriormente a kilojoules.

1 cal 4,184 J 1 KJ 1000 J

-3675 cal x Jx KJ -15376,2 J

X= -15376,2 J X= -15,376 KJ

Entalpa expresada en cal/mol:

Entalpa expresada en J/mol: - 15376,2 J/mol

Entalpa expresada en KJ/ mol: -15,376 KJ/mol

Anlisis de los resultados del ensayo 2:

Determinacin de la entalpa de disolucin de la urea

Al agregar los 2 gr de urea al tubo de ensayo que contena los 10 ml de agua destilada, sta necesita de mayor esfuerzo para ser disuelta, pero finalmente se logra una disolucin homognea. Esto ocurre principalmente porque la urea tiene un dipolo, permitindole ser soluble en alcohol y agua. Tambin se aprecia un descenso de la temperatura (1 grado Celsius) dejando en evidencia que es una disolucin endotrmica, ya que necesitar energa del medio en el que se encuentra (agua en vaso precipitado). El valor de la entalpa, tericamente, debera ser positivo.

Luego de analizar esto, se determinar la Entalpa con los valores experimentales obtenidos y aplicando la ecuacin correspondiente; comenzando primero con la determinacin del calor de la disolucin utilizando el principio cero de la termodinmica:

Se empieza con el clculo de Q AGUA:

Q AGUA: ma x ce x (Tf Ti)

Q AGUA: (mva- mv) x ce x (Tf Ti)

Q AGUA: (115,4 gr 42,3 gr) x 1 cal/ grC x (12C 13C)

Q AGUA: 73,1 gr x 1 cal/grC x -1C

Q AGUA: -73,1 cal

Pero como Q AGUA =Q DISOLUCIN y se est frente a una disolucin endotrmica, el calor de la disolucin adquiere un valor positivo.

La entalpa ser calculada con la siguiente frmula:

Como en el denominador se tienen moles, primero hay que calcularnos mediante la frmula:

MM= 1x 12,01+ 4x 1+ 2x 14,007 +16

MM= 60,024 gr/mol

Ahora se procede a calcular la entalpa:

Se realiza la transformacin de caloras a joules, y posteriormente a kilojoules.

1 cal 4,184 J 1 KJ 1000 J

2215,1515 cal x Jx KJ 9268,193 J

X= 9268,193 J X= 9, 268 KJ

Entalpa expresada en cal/mol:

Entalpa expresada en J/mol: 9268,193 J /mol

Entalpa expresada en KJ/ mol: /mol

Anlisis de los resultados del ensayo 3:

Determinacin de la entalpa de neutralizacin.

Al agregar el cido clorhdrico a los 5ml de la solucin de soda custica, se presenci una especie de burbujeo y vapor que indica de alguna manera, que se est frente a una reaccin qumica. En esta reaccin se puede identificar un elemento que actuar como base (NaOH) y otro como cido (HCl), cuya interaccin formar una sal y agua, ya que el catin hidrgeno y el anin hidroxilo (que caracterizan al cido y a la base respectivamente) se unirn para formar H2O. A este tipo de procesos se les denomina exotrmicos, ya que hay una transferencia y prdida de energa hacia el entorno.

Luego de analizar esto, se determinar la Entalpa con los valores experimentales obtenidos y aplicando la ecuacin correspondiente; comenzando primero con la determinacin del calor de la disolucin utilizando el principio cero de la termodinmica:

Se empieza con el clculo de Q AGUA:

Q AGUA: ma x ce x (Tf Ti)

Q AGUA: (mva- mv) x ce x (Tf Ti)

Q AGUA: (112,9 gr 48,8 gr) x 1 cal/ grC x (14C 13C)

Q AGUA: 64,1 gr x 1 cal/grC x 1C

Q AGUA: 64,1 cal

Pero como Q AGUA =Q DISOLUCIN y se est frente a una disolucin exotrmica, el calor de la disolucin adquiere un valor negativo.

La entalpa ser calculada con la siguiente frmula:

Como en el denominador se tienen moles, primero hay que calcularnos mediante la frmula:

Pero como la prctica se realiz con ml y no con gramos de soluto, se deben transformar estas unidades con la frmula de densidad para obtener el dato que sea aplicable a la frmula para determinar moles.

*Dato para este ejercicio:

1,12 g/cm3

1cm3 = 1ml

Se calculan los moles segn el valor obtenido en el ejercicio anterior relacionado con la masa de HCl que se utiliz.

HCl

MM= 1x 1 + 1 x 35,45

MM= 36, 45 gr/mol

Ahora se procede a calcular la entalpa:

Se realiza la transformacin de caloras a joules, y posteriormente a kilojoules.

1 cal 4,184 J 1 KJ 1000 J

-696,73 cal x Jx KJ -2915,118J

X= -2915,118 J X= -2,915118 KJ

Entalpa expresada en cal/mol:

Entalpa expresada en J/mol: -2915,118 J/mol

Entalpa expresada en KJ/ mol: -2,915118 KJ/mol

Conclusin

Se pudo comprender, efectuar y determinar ptimamente las entalpas correspondientes en cada uno de los ensayos realizados en el laboratorio, gracias a la realizacin completa de los procedimientos. Sin embargo, se debe aclarar que las conclusiones que pueden obtenerse de los datos experimentales dependen de la confiabilidad de las mediciones efectuadas, ya que stas siempre estn sujetas a un margen de error. Ninguna de las medidas fsicas ms corrientemente usada en los clculos qumicos (masa, volumen, presin, etc.) pueden realizarse en forma exacta, ni tampoco asegurar completamente una precisin de los clculos debido al truncamiento o nmero de decimales que se utilizaron en su desarrollo.

Se logr un conocimiento ms profundo acerca de los materiales e implementos que se pueden encontrar en un laboratorio y se aprendi la utilidad que se les dan a stos.

Se reconoci la diferencia entre disoluciones exotrmicas y endotrmicas, as como la caracterstica de una reaccin de neutralizacin.

Bibliografa

Termoqumica

http://joule.qfa.uam.es/beta-2.0/temario/tema6/tema6.php (Buscado el 30 de Junio de 2015)

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/firlaw.html (Buscado el 30 de Junio de 2015)

http://quimica.laguia2000.com/general/termoquimica-calor-de-reaccion (Buscado el 30 de Junio de 2015)

Calor de reaccin

http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/141-calculo-de-calor-de-reaccion-entalpias-de-formacion.html (Buscado el 30 de Junio de 2015)

http://www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/00121.htm (Buscado el 30 de Junio de 2015)

Entalpa

http://www.quimitube.com/utilizacion-del-calorimetro-variacion-de-entalpia-de-neutralizacion (Buscado el 30 de Junio de 2015)

PDF Entalpa.

PDF Calor de neutralizacin.

PPT Qumica aplicada Termoqumica.

Guas entregadas en clases.

Apuntes del cuaderno y del Laboratorio.

Anexos

Instrumentos de Laboratorio:

Figura 1 Figura 2

Vasos precipitados: material de laboratorio de vidrio, que se usa como recipiente y tambin para obtener precipitados. Son resistentes al calor.

Tubos de ensayo: son de vidrio o plstico, de distintos tamaos (1 ml, 4 ml, 5 ml, 10 ml, 15 ml, etc.) y se utilizan para realizar reacciones qumicas.

Figura 3 Figura 4

Piseta: se utiliza para contener algn solvente, por lo general agua destilada, facilitando la limpieza de tubos de ensayo, vaso de precipitados y electrodos.

Probeta: instrumento de laboratorio de vidrio o plstico, que se emplea para medir el volumen de los lquidos.

Figura 5 Figura 6

Balanza: mide la masa de un cuerpo o sustancia qumica, utilizando como medio de comparacin la fuerza de la gravedad que acta sobre el cuerpo.

Termmetro: es un instrumento utilizado para medir la temperatura con un alto nivel de exactitud. Puede ser parcial o totalmente inmerso en la sustancia que se est midiendo. Esta herramienta est conformada por un tubo largo de vidrio con un bulbo en uno de sus extremos.

Figura 7

Vidrio Reloj: Es un vidrio redondo convexo que permite contener las sustancias para luego pesarlas en la balanza. Se denomina vidrio de reloj ya que es muy similar a uno de ellos.

Reactivos utilizados en el Laboratorio:

Figura 8Figura 9

Soda Custica: A temperatura ambiente, el hidrxido de sodio es un slido blanco cristalino sin olor que absorbe la humedad del aire. Cuando se disuelve en agua o se neutraliza con un cido, libera una gran cantidad de calor que puede ser suficiente como para encender materiales combustibles. Altamente corrosivo.

Urea: es un compuesto qumico cristalino e incoloro. Se encuentra abundantemente en la orina y en la materia fecal.

Figura 10

cido clorhdrico: es un lquido de aspecto cristalino, de color ligeramente amarillo, que se obtiene mediante un proceso de sntesis en el que reaccionan cloro e hidrgeno a altas temperaturas. Es altamente corrosivo.

Ensayo 1: Determinacin de la entalpa de disolucin de la soda custica.

Figura 11 Figura 12

En esta figura se muestra la balanza con el peso del vaso precipitado teniendo los 80 ml de agua en su interior.

En esta figura se muestra la balanza con el peso del vaso precipitado inicial.

Figura 13 Figura 14

En esta figura se muestra el termmetro marcando la temperatura inicial de 12,5C.

En esta figura se muestra la balanza con el peso de 2 gramos de soda custica.

Figura 15Figura 16

En esta figura se muestra el momento donde se le agrega soda custica al tubo de ensayo, y de qu forma es apropiado el uso de guantes para la manipulacin de elementos corrosivos.

En esta figura se muestra el termmetro marcando la temperatura final perteneciente a los 15C.

Ensayo 2: Determinacin de la entalpa de disolucin de la urea.

Figura 17 Figura 18

En esta figura se muestra la balanza con el peso del vaso precipitado teniendo los 80 ml de agua en su interior.

En esta figura se muestra la balanza con el peso del vaso precipitado inicial.

Figura 19Figura 20

En esta figura se muestra la balanza con el peso de 2 gramos de urea.

En esta figura se muestra el termmetro marcando la temperatura inicial de 13C.

Figura 21 Figura 22

En esta figura se muestra el termmetro marcando la temperatura final correspondiente a los 12C.

En esta figura se muestra el momento donde se le agrega la urea al tubo de ensayo.

Ensayo 3: Determinacin de la entalpa de neutralizacin.

Figura 23 Figura 24

En esta figura se muestra el termmetro marcando la temperatura inicial de 13C.

En esta figura se muestra la balanza con el peso del vaso precipitado inicial.

Figura 25Figura 26

En esta figura se muestra el momento donde se le agrega el cido clorhdrico al tubo de ensayo que contena soda custica en su interior. Proceso que realiz el profesor debido al riesgo que poda implicar un mal manejo de la sustancia.

En esta figura se muestra el termmetro marcando la temperatura final correspondiente a los 14C.