INFORME DE LABORATORIO.FSICOQUMICA I.

PRACTICA N8. BALANCE TRMICO Y ENTROPA

ADA LUZ ATENCIA LAMADRIDSERGIO MAURICIO BETANCUR HINCAPIGUADALUPE CONTRERAS ROJASMARA JOS QUIROZ BARRETO

Docente:MANUEL PEZ.Lic. Qca

Aux de laboratorio:ANDREA ESPITIAQca.

UNIVERSIDAD DE CRDOBAFACULTAD DE CIENCIAS BSICASDEPARTAMENTO DE QUMICAPROGRAMA DE QUMICAMONTERA CRDOBA2014INTRODUCCION

En esta prctica se realizaran procesos experimentales y tericos en donde se pretender enunciar detalladamente los procesos de balance trmico y entropa, para esto daremos a conocer cmo y porque ocurren estos procesos; de manera terica, luego mediante datos obtenidos experimentalmente realizaremos los clculos matemticos requeridos para hallar los resultados esperados.La termodinmica es la parte de la fsica que trata de los fenmenos relacionados con la energatrmicay para este caso la condicinde balancetrmicoexige que el calor perdido por uno de los cuerpos sea transmitido a un segundo cuerpo en el caso de 2 objetos uno caliente al lado de uno fro, la energa se encuentra concentrada en determinado lugar. La energa entonces se transmite al fro porque es probabilsticamente ms frecuente tender hacia el sistema desordenado, en el que la energa se dispersa a lo largo de todo el sistema.

El equilibrio qumico es una consecuencia del aumento de entropa, Cuando se produce una reaccin qumica se produce "buscando" la configuracin ms estable, esto es, con un nivel menor de energa. Aquella que dispersa su energa concentrada aumentando la entropa.Una reaccin qumica igual; antes de unirse los reactivos la energa se encuentra concentrada en los enlaces qumicos y cuando hay una posibilidad de liberar esa energa concentrada a una energa ms dispersa, menos concentrada, el proceso se produce porque la entropa aumenta, porque, digmoslo informalmente: la energa tiende a desordenarse y por tanto a escapar de donde se encuentra concentrada.

El Equilibrio Qumico busca estar balanceado, pero en el estado de menor energa, es decir, en el estado en que la energa se encuentra ms dispersa, ms desordenada.Se tiende al equilibrio trmico porque es el estado de menor energa, al igual que un lquido tiende a estar estable en un recipiente en la parte ms baja porque es el estado de menor energa. El sistema tiende a liberar toda su energa de donde est ms concentrada hacia donde est ms degradada.

OBJETIVOS GENERALES

Aplicar algunas leyes de la termodinmica a sistemas reales y compara con sistemas ideales.

Determina a partir de datos experimentales propiedades fisicoqumicas tales como entropa para un sistema.

OBJETIVO ESPECIFICO

Comprobar con la parte terica los resultados obtenidos en la prctica y analizar las posibles causas de error para afianzar nuestro conocimiento.

FUNDAMENTO TEORICO

En termodinmica, la entropa (simbolizada como S) es una magnitud fsica que, mediante clculo, permite determinar la parte de la energa que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una funcin de estado de carcter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se d de forma natural. La entropa describe lo irreversible de los sistemas termodinmicos. La palabra entropa procede del griego () y significa evolucin o transformacin. Fue Rudolf Clausius quien le dio nombre y la desarroll durante la dcada de 1850;1 2 y Ludwig Boltzmann, quien encontr la manera de expresar matemticamente este concepto, desde el punto de vista de la probabilidadDe acuerdo con la ley cero de la termodinmica cuando dos sistemas (A y B) que no estn en equilibrio trmico, se colocan en contacto existir un flujo de calor (q) que se dirige desde el sistema que se encuentra a mayor temperatura (TA) hacia aquel donde la temperatura es menor (TB). Dicho de otra forma, si dos sistemas que poseen distinta temperatura interaccionan (por ejemplo, se mezclan), habr flujo de calor en la direccin de mayor a menor temperatura; los sistemas se pueden interpretar como fuentes de calor y en este caso la condicin de balance trmico exige que el calor perdido (por uno de los sistemas) debe ser igual calor ganado (por el otro sistema):

-q_(A )=q_B (1)

La primera ley de la termodinmica permite definir la funcin entalpa (H) yestablecer que para un proceso isobrico (presin constante) el calor transferido (q) durante el cambio de estado es equivalente al cambio de entalpa; es decir

q = H (2)

En este orden de deas, puesto que e! cambio de entalpa se relaciona con el cambio de temperatura, H =- CpT, se puede colocar que:

-C_pA T_A =C_pBT_B(3)

Donde Cp representa la capacidad calorfica (en kJ mol-1K-1) de los sistemas A y B correspondientemente. Si A y B poseen masas, mA y mB, entonces:

-m_A C_pAT_A=m_B C_pAT_B(4)

Y en este caso Cp es el calor especifico (J /gK) de los sistemas. La ecuacin (4) se puede desarrollar de la siguiente manera:

-m_A C_pA(T_E-T_B=m_B C_pB(T_E-T_B)(5)

Con lo cual, se obtiene una expresin que es muy til para el trabajo experimental en el laboratorio, toda vez que permite predecir la temperatura de equilibrio conocida sta, determinar la temperatura inicial de alguno de los sistemas.La entropa es una propiedad de estado termodinmica a la cual se puede acceder partiendo de los preceptos de la primera ley, aplicada a una mquina trmica simple que describe un proceso cclico denominado ciclo de Carnot; aqu se aplican las relaciones de eficiencia (ecuaciones de Nernst) para obtener una expresin del tipo.

S=q_revT (6)

Asi atravez de la ecuacin 2 tenemos que:

S=HT (7)

La ecuacin (7) tiene aplicacin inmediata para transiciones de fase como la fusin, la vaporizacin y la sublimacin puesto que en estos casos la temperatura permanece constante durante el cambio de estado. Sin embargo, para un proceso donde la temperatura del sistema se modifica es conveniente encontrar una expresin ms adecuada para S. ' Si el proceso ocurre en etapas infinitesimales, entonces,

ds=dHT (8)

Con la ayuda de la relacin dH C dT p = . La ecuacin (8) adquiere la forma,

ds=(C_p dT)T(9)

Expresin que se puede integrar entre el estado inicial [1] y el estado final [2]para obtener

S=S_2-S_1=C_p lnT_2/T_1 (10)

Si la ecuacin (10) se traslada a cada uno de los sistemas implicados en la ecuacin (5) entonces se verifica que el cambio neto de entropa que resulta como consecuencia del proceso (de mezcla) es:

S=S_A+S_B(11)

Esta prctica tiene como propsito aplicar la relacin de balance trmico a la operacin de mezcla de dos sistemas, que se encuentran a distinta temperatura, para determinar el cambio de entropa y verificar la espontaneidad del proceso.

MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES

CalormetroMultmetroBalanzaBarra magnticaAgitador magnticoTermmetroBeacker de 200 mLPinzas para crisolTrozo de metal (cobre, aluminio, zinc)MecheroAgua destilada

DESARROLLO DE PRCTICA

CLCULOS Y RESULTADOS.

Datos.

TABLAS

GRAFICAS

Clculos.

[TEQ= 52.80C (experimental)] CpH2O=75.29 j. k-1.mol-1 T1(H2O)= 800C n1=3.33 mol (60 g de agua); T2(H2O)=260C n2=2.22 mol (40 g de agua) . - n1Cp(TEQ-T1H2O)= n2Cp(TEQ-T2H2O)

-(3.33 mol)( 75.29 j. k-1.mol)( TEQ-353.15 K)=(TEQ-299.15 K) (2.22 mol)(75.29 j. k-1. mol-1)

-250,71(TEQ-353.15 K) =167.144(TEQ-299.15 K)

-1.5 TEQ + 529,72 K = TEQ-299.15 K

(529,72 K-299.15 K)=2.5 TEQ

TEQ= (529,72 K-299.15 K)/2.5= 331.56 K

TEQ= 58.2 0C (TEORICO)

%ERROR = ((58.2-52.8)/58.2)100= 9.28%

Esta es la deviacin de la temperatura real de la terica.

DS= Cp.Ln (T2/T1)

DS1= (75.29 j. k-1. mol-1) .Ln (331,56 /299,15 )

DS1= -425,8 j. k-1. mol-1DS2= (75.29 j. k-1. mol-1) .Ln (331,56 /353.15 )

DS2=-435.91 j. k-1. mol-1

DS= DS2- DS1= -10,11 j. k-1. mol-1 Considerando que la entalpia (DH) en el proceso fue negativa y de mayor magnitud que el producto TDS la energa libre de Gibbs es menor que cero entonces podemos decir que el proceso es espontaneo.Experimento 4

[TEQ= 27. 0C (experimental)] CpH2O=75,29 j. k-1.mol-1 CpZn=25,4 j. k-1.mol-1 Tzn= ? nzn=0,019 mol (0,712 g de zinc); T (H2O)=260C nH2O=5,55 mol (100 g de agua) . - nzn CpZn (TEQ-Tzn)= nH2O CpH2O (TEQ-TH2O)

-(0,019 mol)( 25.4 j. k-1.mol)( 300.15k- Tzn)=(300.15-299.15 K) (5,55 mol)(75.29 j. k-1. mol-1)

-250,71(TEQ-353.15 K) =167.144(TEQ-299.15 K)

(-0,4826J/K)(300,15K) + 0,4826,72Tzn J = 418,31 J

0,4826 .Tzn J/K =563,16 J

Tzn =1169,34 K (TEORICO)Tzn=896,19 0C.

Este resultado es errneo la granalla de zinc no alcanzo dicha temperatura, pues el zinc empieza a fundirse a 400,34 0C

%ERROR = ((896,19 -400,34)/896,19)100= 55,33%

Esta es la deviacin de la temperatura real de la terica.

ANLISIS DE RESULTADOS.

De manera general se puede afirmar que se presentaron, una serie de inconveniente de carcter instrumental, pues los instrumentos con que contbamos no eran los apropiados para realizar esta clase de procedimientos, por ejemplo dado que no contbamos con aislante trmicos apropiados, como un ejemplo muy sencilla e ilustrativo. Partiendo de esta premisa, nos encontramos con la posible causa de las anomalas que encontramos en los resultados, pues en cierto procedimiento encontramos diferencia abismales entre lo obtenido y lo esperado. Sumndole a esto los posibles errores presentado por mala manipulacin de los reactivos por parte de nosotros.

CONCLUSION

Aunque a semejanza de la temperatura y la energa, la entropa se asocia a una ley termodinmica especfica, su uso no es tan habitual, y es un concepto menos tangible. No obstante, es de vital importancia y amplia aplicacin en la ingeniera, en la ciencia y en otros campos. Para entender que es la entropa es necesario considerar tres aspectos clave: desorden, degradacin de la energa e irreversibilidad. La entropa puede resumirse como una medida del desorden de un sistema, es decir, una cuantificacin de la energa desorganizada o de la reduccin de la energa disponible para efectuar trabajo. Asimismo, brinda un parmetro cuantitativo de las irreversibilidades asociadas a un proceso.

BIBLIOGRAFIA

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PROCEDIMIENTO 3PROCEDIMIENTO 4X (t)Y (T)X (t)Y (T)30263026.860266026.890269026.8120261202715026.51502718026.51802721026.52102724026.52402727027270273002730027