Previo 4 P5 Entalpia de Fusion

7/27/2019 Previo 4 P5 Entalpia de Fusion

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1. Definir Entalpia y la variacin de entalpia de un procesoLa entalpa es la cantidad de energa calorfica de una sustancia.

En una reaccin qumica, si la entalpa de los productos es menor que la de los reactantes se libera calor y decimos que

es una reaccin exotrmica. Si la entalpa de los productos es mayor que la de los reactantes se toma calor del medio y

decimos que es una reaccin endotrmica. El cambio de entalpa se denomina H y se define como:

H = Hproductos - Hreactantes

La entalpa de formacin (Hf0) es la variacin de energa calorfica en la reaccin de formacin de un mol de un

compuesto a partir de sus elementos en sus fases estndar en condiciones depresin y temperatura estndar

ambientales (TPEA), que son temperatura de 298 K (25 C) y presin de 100 kPa (1 atm.).

La entalpa de formacin de un elemento es cero por definicin.

2. Investigar como se determina la constante del Calormetro y para que sirve

UNIVERSIDAD NACIONAL AUT NOMA DE M XICOFACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLNDEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUMICASSECCIN FISICOQUMICALABORATORIO DE Fisicoquimica II

PRACTICA N 5 Entalpia de Fusion

SEMESTRE 14-I

GRUPO: 1301-B

NOMBRE DEL EQUIPO:

Equipo N 1 Gatitos


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Antes de utilizar un calormetro es necesario conocer el valor de su constante (Ck). Se denomina constante del

calormetro a la cantidad de calor absorbida o liberada por las distintas partes del mismo (paredes internas termmetro

tapa) cando se aumenta o se disminuye, respectivamente, su temperatura en 1 C.

Durante todas las experiencias las medidas deben realiarse con un volumen de lquido constante ya que si este

vara cambiar la constante del calormetro (por qu.

ara realiar la determinacin se coloca dentro del calormetro una masa conocida de agua (m1) y se determina su

temperatura inicial (T1). Se agrega otra masa conocida de agua (m2) a una temperatura conocida (T2). Se determina la

temperatura final del sistema (Tf y se calcula la constante del calormetro a partir de la siguiente relacin (que se obtiene

considerando que el calormetro es un recipiente adiabtico:

m1.Cp.(Tf T1) + Ck.(Tf T1) + m2.Cp.(Tf T2) = 0

donde Cp es la capacidad calorfica del agua g-1 C-1).

ara realiar la determinacin se emplearn dos termmetros de escalas adecuadas: uno de 0 - 50 C graduado

cada 0,1 C (que nunca debe ser expuesto a una temperatura mayor que 50 C porque se rompe) y el termmetro del

cajn (0 - 250 C). Para calibrar dichos termmetros se los sumerge en un vaso de precipitados con agua a temperatura

ambiente. Se emplea un termmetro como patrn y se adopta como correccin para el segundo termmetro la diferencia

de lecturas observadas entre ambos. Usar el termmetro ms preciso como patrn.

Calentar 50 mL de agua en un vaso de precipitados previamente pesado. uando la temperatura alcance un valor

aproimado de (controlar la temperatura con el termmetro adecuado volcar el agua en el calormetro y tapar.

Pesar nuevamente el vaso de precipitados y obtener por diferencia la masa de agua agregada. ontrolar la temperatura

con el termmetro de - y cuando se verifique que la temperatura es de o un par de grados menor cambiar

el termmetro por el de - . anteniendo siempre el calormetro tapado medir la temperatura cada 30 segundos y


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Cambios de entalpa estndar de reaccinPara estudiar desde un punto de vista termodinmico una reaccin qumica, se considera que el estado inicial lo

constituyen los reactivos puros y separados, y el estado final lo constituyen los productos de reaccin, tambin puros y

separados. Las propiedades termodinmicas de cada sustancia son diferentes, por lo que una reaccin qumica va

acompaada de un cambio en las funciones termodinmicas del sistema. Para poder evaluar este cambio se tabulan las

propiedades termodinmicas de sustancias individuales (H, Cp, S, G...).

En general, los valores tabulados de entalpas, se refieren a los valores asignados a las sustancias qumicas en

sus estados convencionales. El estado convencional de una sustancia se elige arbitrariamente como el estado normal o

estndar de la sustancia a 25C y 1bar.

Estado estndar o normal : El estado estndar de una sustancia, es la forma pura ms estable de la misma, a la

presin de 1 bar y a la temperatura especificada. Si la sustancia es un gas a esa presin y temperatura, el estado

estndar se elige como aquel en el que el gas se comporta como gas ideal. En el caso de disoluciones lquidas ideales (o

disoluciones slidas ideales) el estado estndar de cada componente se elige como el lquido (o el slido puro) a la T y Pde la disolucin (o a P=1bar, realmente hay poca diferencia si la presin no es muy alta). En el caso de disoluciones

diluidas ideales el estado estndar del disolvente se elige como el lquido (o el slido puro) a la T y P de la disolucin, sin

embargo el estado estndar del soluto es un estado ficticio a la T y P de la disolucin, que resulta de extrapolar las

propiedades del soluto en las disoluciones muy diluidas al caso lmite en el que su fraccin molar fuera 1. En el caso de

disoluciones no ideales hay dos convenios diferentes, uno supone elegir el estado estndar de las disoluciones ideales, y


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el otro el de las disoluciones diluidas ideales, (el convenio ha de especificarse, porque en cualquier caso debe cumplirse

que lo que implica un valor diferente de i0, de aiy de i).

Para cada valor de temperatura existe un nico estado normal de una sustancia pura dada, dicho estado se

representa por y se lee entalpa molar estndar a la temperatura T.

Arbitrariamente la entalpa molar de cada elemento a la presin de 1bar y temperatura de 25C es tomado como

cero. Existen elementos como es el caso del carbono que tienen varias formas alotrpicas, el diamante y el grafito.

Para tales elementos, se toma como sustancia de referencia la forma estable a 25C y 1 bar. En este caso la forma

ms estable es el grafito, y su entalpa es cero, pero no es cero la del diamante. Este convenio arbitrario se aplica

a elementos no a compuestos, excepcin hecha de los gases diatmicos homonucleares.

Como se calcula la entalpa estndar de un compuesto a la temperatura T?

Para poder calcular la entalpa estndar de un compuesto a la presin de 1 bar y temperatura T, debemos definir

la entalpa estndar de formacin de ese compuesto a dicha temperatura T, y la definimos como: la variacin de entalpa

para el proceso en el que se forma 1 mol de la sustancia en su estado estndar a la temperatura T, a partir de los

elementos que lo constituyen, los cuales se encuentran en sus estados estndar a la misma temperatura T.

Por ejemplo, cual ser la entalpa estndar del H2O (25C, 1bar) ?.Para determinarlo debemos considerar que la forma

estable del agua a 25C y 1bar es lquida, y que los elementos que la forman son H 2 y O2, que en esas condiciones son

gases, por tanto el proceso de formacin ser:

Por tanto durante esta reaccin el cambio de entalpa ser igual a la entalpa del estado final menos la entalpa del estado

inicial:


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Si esta reaccin se pudiera llevar acabo en el laboratorio en esas condiciones, se medira el cambio de entalpa que se

produce y como por convenio las entalpas estndar de los "elementos qumicos" (H2 y O2) a T=25C son cero, la ecuacin

anterior nos da la entalpa estndar a 25C del H2O, que es su entalpa de formacin a esa temperatura:

Consideraciones sobre la medida de las entalpas de formacin de compuestos:

Para calcular la entalpa de formacin de un compuesto a 298 K y P= 1bar se procede a travs de una serie de pasos:

1) Si todos los elementos son gases a 298 K y P=1 bar, se calcula la variacin de entalpa para la transformacin

desde gas ideal a gas real, en las condiciones expresadas, puesto que en el laboratorio no se manejan gases

ideales.2) Se mide en un calormetro la variacin de entalpa que se produce al mezclar los elementos puros a 298 K y P=1

bar

3) Si la reaccin no tiene lugar en esas condiciones de P y T, se calcula la variacin de entalpa del proceso que

consiste en llevar la mezcla desde 298K y P=1 bar a las condiciones en las que se lleva a cabo la formacin del

compuesto.

4) Medimos en un calormetro la variacin de entalpa de la reaccin en la que se forma el compuesto a partir de los

elementos, una vez que se alcanzan las condiciones en las que la reaccin tiene lugar.

5) Y por ltimo calculamos la variacin de entalpa del proceso donde el compuesto se lleva desde las condiciones en

las cuales se ha obtenido en la etapa 4 hasta su estado estndar a 298 K

La variacin de entalpa de formacin estndar a 298 K es la suma de las 5 etapas aunque la contribucin ms

importante es la que corresponde a la etapa 4. De esta forma se tabulan los valores de las entalpas de formacin de los

compuestos a 298 K.


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Reaccin qumica: Para cualquier reaccin qumica se define la "entalpa normal de reaccin" (o con ms propiedad

cambio de entalpa normal de reaccin) como la variacin de entalpa al transformarse los nmeros de moles

estequiomtricos de reactivos puros, separados y en sus estados estndar a la temperatura T, en los nmeros de moles

estequiomtricos de productos puros, separados, y cada uno en su estado normal a la misma temperatura T.

Clculo de la variacin de entalpa estndar para una reaccin

Sea la reaccin:

La variacin de entalpa estndar para esta reaccin a una temperatura T vendr dada por:

donde los valores de HT son las entalpas molares de las sustancias en su estado estndar a la temperatura T .

La ecuacin anterior tambin puede expresarse del siguientemodo:

sus unidades son J/mol,

y donde los coeficientes estequiomtricos se consideran positivos para los productos y negativos para los reactivos.

El calor de reaccin o la variacin de entalpa de una reaccin depende de como se exprese esta. Por ejemplo:

tiene un calor de reaccin el doble que

la reaccin:

Para calcular el calor de reaccin se siguen las mismas etapas que para el clculo de las entalpas de formacin de

compuestos, con la diferencia de que los reactivos no tienen por que ser necesariamente elementos. La medidaexperimental se realiza en un Calormetro. La observacin experimental que debe hacerse es medir el cambio de

temperatura producido en el sistema debido al calor transferido en la reaccin. Si la reaccin tiene lugar en un sistema

trmicamente aislado de capacidad calorfica C y la temperatura cambia en una cierta cantidad, entonces el valor del

calor de reaccin se obtiene del producto de la capacidad calorfica y la variacin de temperatura.


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4. Investigar diferentes tipos de Calormetros

Calormetro de presin constante

En un calormetro de presin constante, la reaccin se lleva a cabo en una solucin en la cual la presin atmosfrica esconstante. El calormetro mide el cambio en la entalpa, que es una medida del calor total contenido por un sistema. Los

calormetros de presin constante son sencillos de construir, y son los que se utilizan en el aula de fsica. Los estudiantes

de fsica pueden visualizar la teora detrs de un calormetro usando una taza de telgopor y un termmetro, con

accesorios tales como una varilla para agitar, una tapa o hielo. Los alumnos pueden usar este rudimentario calormetro

de presin constante para medir el calor, o energa, ganado o perdido dentro de la taza. De acuerdo con las leyes de la

fsica, cuando el agua pierde o gana energa, su temperatura cambia. Puedes verificar el cambio de temperatura en el

agua dentro de la taza mientras modificas las variables, por ejemplo aadiendo un cubo de hielo, agitando el agua o

colocando una tapa.

Calorimetra de exploracin diferencialLa calorimetra de exploracin diferencial es til para medir cambios moleculares. Los cientficos toman muestras

controladas y calentadas de biomolecular, polmeros u otras molculas, y miden cmo el calor fluye hacia y desde la

muestra. Esto puede ayudar a determinar la estabilidad de una molcula en su frmula, y cmo los cambios en el

ambiente afectan la estabilidad. Por ejemplo, un estudio del "Journal of Agriculture and Food Chemistry", midi cmoaadir varios jarabes industriales de azcar a la miel impactaba en el comportamiento de sta a la hora de ser calentada.

La calorimetra de exploracin diferencial tiene aplicaciones en estudios alimenticios y farmacuticos.


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CALORMETRO ADIABTICOLos calormetros adiabticos, se construyen de tal forma que no permiten intercambio de calor entre la celda y los

alrededores, por lo tanto se emplean materiales aislantes para mantener aislado el sistema y relacionar el calor generado

con la diferencia de temperatura que produce. Existen tres formas para alcanzar este objetivo:

1. Cuando la generacin de calor es tan rpida, ninguna cantidad apreciable de calor puede entrar o salir de la

celda durante el perodo en que se lleva a cabo la medida.

2. En el caso de separar la celda de los alrededores con una resistencia trmica RT infinitamente grande, de tal

forma que el sistema de medida est lo ms aislado posible.

3. Por medio de controles externos que hacen que la temperatura de los alrededores sea siempre lo ms

semejante posible a la de la celda.Para cumplir con las condiciones anteriores, la celda se rodea de un aislamiento que puede estar constituido por un

recipiente empacado al vaco, como es el caso de los vasos Dewar, por escudos metlicos que impidan la transferencia

de calor, por materiales plsticos de baja conductividad trmica o por la combinacin entre varios de estos.

Durante la experiencia calorimtrica cualquier calor generado o consumido en la celda lleva a un cambio en la

temperatura. En los calormetros adiabticos se presenta un control estricto en la temperatura de los alrededores, lo que

hace necesario el uso de adecuados controles electrnicos que mantengan constante el gradiente de temperatura entre

la celda y los alrededores de tal forma que el intercambio de calor entre estos sea lo ms pequea posible, en teora nula.

CALORMETRO ISOPERIBLICOUn calormetro isoperiblico mantiene constante la temperatura de los alrededores mediante el uso de un termostato,

mientras que la temperatura del sistema de medida puede variar con el tiempo. Existe una resistencia trmica RT, de


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magnitud definida entre los alrededores y la celda donde se realiza la medida, de tal forma que el intercambio de calor

depende de la diferencia de temperatura entre estos (AT es igual a la temperatura de los alrededores y CT igual a la

temperatura de la celda y sistema de medida); como AT es constante entonces el flujo de calor es una funcin de TC. Si

la generacin de calor dentro de la celda se termina, la temperatura TC se aproxima a la temperatura de los alrededores

TA. La siguiente figura muestra un esquema de la disposicin de este tipo de calormetros.

CALORMETRO DOUBLE DRYMuchos calormetros utilizan el principio de carga dual, en el cual una absorbe mientras que la segunda acta

como temperatura de referencia. El sensor de temperatura registra la diferencia entre las temperaturas de las dos cargas.

En teora los efectos de las fluctuaciones de la temperatura externa se cancelan debido a la simetra, sin embargo

si los alrededores no tienen una temperatura uniforme el gradiente de temperatura puede causar error.

El elemento de absorcin de la carga es usualmente un thin film resistor, aunque dielctricos de bajas prdidas son

usados para las versiones de guas de ondas. El sensor de temperatura es montado en el lado de afuera de la carga en

una posicin donde no es influenciado directamente por los campos electromagnticos. Siendo sta una de las

caractersticas distintivas de un calormetro y es esencial para su alta precisin.


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EL MICROCALORIMETRO* Es el tipo de calormetro ms usado. Estrictamente hablando, no es un medidor de potencia pero es un instrumento

para determinar la eficiencia efectiva de un montaje bolomtrico.

* Fue originalmente inventado para la calibracin de metal wire bolometers, pero termistores y pelculas bolomtricas

tambin pueden ser calibradas por este mtodo.

Calormetro de FlujoLa potencia es medida a travs del calor de un fluido que fluye a travs de la carga. Una indicacin de la potencia

es dada por la subida en la temperatura del fluido pasando del orificio de entrada al de salida.

Los calormetros de flujo pueden manejar mayores potencias que los tipos estticos. Su principal aplicacin es

para potencias de muchos watts. Para medir las subidas de temperatura en un calormetro usualmente se emplean

termopilas, termmetros de resistencia y algunas veces termistores.

Calormetro de BombaEl calormetro de bomba (modelo de Parr) (3) es un envase sellado que minimiza el intercambio de calor entre el

sistema y el medio ambiente. La "bomba" contiene la muestra a ser analizada y se llena a presin con oxgeno (2533

KPa) para asegurar una combustin rpida y completa. El calor liberado por la combustin aumenta la temperatura del

calormetro (incluyendo a los productos de reaccin) en una forma directamente proporcional a su capacidad calrica (sedetermina por calibracin con cido benzoico). Del aumento en temperatura y la capacidad calrica del calormetro se

determina el calor liberado por la reaccin. La seccin dentro del crculo puede ser substituida por un sistema de lectura

computadorizado.

5. Elabore un diagrama de flujo de la actividad experimental


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agregar

fijar

medir

medir

pesar

medir

agregar

medirTEMPERATURA

CONSTANTE

HIELO APROX. 20 g

TEMPERATURA CUANDO ESTE

EN EQUILIBRIO TERMIC O

100 ML DE AGUA DESTILADA A UNA

TEMPERATURA DE 50C

REFRIGERADOR 15 min

FRASCO DEWAR

CALOR DE FUSION

FRASCO DEWAR

AGREGAR 100 ml DE

AGUA CALIENTE

TEMPERATURA

100 ml DE AGUA

DESTILADA

TERMOMETRO EN TAPON DEL

FRASCO DEWAR

CONSTANTE DEL

CALORIMETRO

TEMPERATURA CADA

30s HASTA SER

CONSTANTE

ENTALPIA DE FUSION

REGISTRAR RESULTADOS


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Bibliografa.http://quimica-explicada.blogspot.mx/2010/12/la-entalpia.html

http://www.q1.fcen.uba.ar/materias/qi1/doc/GTP04mod.pdf

http://joule.qfa.uam.es/beta-2.0/temario/tema6/tema6.php
http://quimica-explicada.blogspot.mx/2010/12/la-entalpia.htmlhttp://quimica-explicada.blogspot.mx/2010/12/la-entalpia.htmlhttp://www.q1.fcen.uba.ar/materias/qi1/doc/GTP04mod.pdfhttp://www.q1.fcen.uba.ar/materias/qi1/doc/GTP04mod.pdfhttp://joule.qfa.uam.es/beta-2.0/temario/tema6/tema6.phphttp://joule.qfa.uam.es/beta-2.0/temario/tema6/tema6.phphttp://joule.qfa.uam.es/beta-2.0/temario/tema6/tema6.phphttp://www.q1.fcen.uba.ar/materias/qi1/doc/GTP04mod.pdfhttp://quimica-explicada.blogspot.mx/2010/12/la-entalpia.html

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