UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL_______________________________________

INDICE Objetivos2 Fundamento terico.2Datos y resultados....................................................................................................................3Datos experimentales3Datos bibliogrficos...4Propiedades fisicoqumicas y propiedades de las sustancias implicadas..4Clculos Qumicos5Discusin de resultados....7Observaciones.....7Conclusiones.....8Bibliografa.....8Apndice......8

ENTALPIA DE UNA REACCIN QUMICA1. OBJETIVOS

Determinar experimentalmente el calor de una reaccin qumica haciendo uso del calormetro de hielo.Determinas a partir del clculo experimental de la entalpa, la variacin de entropa y de la energa libre de Gibbs.

2. FUNDAMENTO TERICO

ENTALPIA

La mayor parte de los procesos en donde hay transferencia de calor ocurre a presin constante ( 1 atm). As, el flujo de calor a presin constante se denomina variacin de entalpia (H).H = U + PVSi :H productos > H reactivos H > 0 ; la reaccin es endotrmicaH productos < H reactivos H < 0 ; la reaccin es exotrmica ENTROPA

Es una funcin de estado extensiva, mide el grado de desorden del sistema termodinmico, de forma que una mayor entropia nos indica un mayor desorden. La entropia ( S ) se determina:S = S. productos S. reactivos

ENERGA LIBRE DE GIBBS

La energa liberada por un sistema para realizar trabajo til a presin constante. sta se representa con el smbolo G y considera ambos cambios de tal forma que:G = H TS La variacin de la energa libre G, es una funcin de estado y tiene unidades de energa. As, si en una reaccin qumica se libera trabajo til sin importar lo que ocurra en el universo el G es negativo y por lo tanto ser una reaccin espontnea, puesto que considera la dispersin de la energa H = - y la dispersin de la materia S = + en el sistema.De esta manera, si una reaccin ocurre a bajas temperaturas con un cambio pequeo de entropa, entonces el trmino TS ser insignificante y G depender principalmente de H.Las reacciones endotrmicas ocurren solamente si TDS es grande. La temperatura tiene que ser alta o tiene que haber aumento grande en la entropa para que predomine este trmino y sea el que determine el valor del G.Si:G < 0 La reaccin es espontnea en el sentido establecido.G > 0 La reaccin no es espontnea en el sentido establecido.G = 0 El sistema est en equilibrio.La energa estndar de reaccin, es el cambio de la energa estndar de productos menos el cambio de la energa estndar de reactivos Go reaccin = n Go productos n Go reactivos Se considera para los elementos en su forma ms estable en condiciones estndares Go = 0.

3. DATOS Y RESULTADOS

3.1. DATOS EXPERIMENTALES

3.2. DATOS BIBLIOGRFICOS

Densidad del hielo a 0 oC = 0.914 g/mL Densidad del agua = 0.9999 g/mLCalor latente de fusin del hielo = 79.9 cal/g

3.3. PROPIEDADES FISICOQUMICAS Y PELIGROSIDAD DE LAS SUSTANCIAS IMPLICADAS

cido sulfrica (H2SO4)

Propiedades fisicoqumicas:

El cido sulfrico es un lquido incoloro, inodoro, denso y viscoso. Es soluble en agua, produciendo gran cantidad de calor. Es un cido fuerte y muy corrosivo. Posee un punto de ebullicin muy alto (340C).

Peligrosidad:

Riesgo de incendio y explosin en contacto con bases, sustancias combustibles, oxidantes, agentes reductores y agua. En caso de incendio, se desprende gases txicos e irritantes. Muy corrosivo. Su inhalacin puede ocasionar sensacin de quemazn y dolor de garganta. En contacto con la piel provoca enrojecimiento, dolor, ampollas y quemaduras cutneas graves.

Magnesio (Mg)

Propiedades fisicoqumicas:

Metal slido, liviano, color blanco plateado. Reacciona con cidos produciendo calor e hidrgenos. Es un metal altamente inflamable. Al arder en aire produce una llama blanca muy intensa. Punto de fusin: 650C. Punto de ebullicin: 1090C.Peligrosidad: Irritacin a la piel y a los ojos cuando se tiene contacto. Su inhalacin causa irritacin a los pulmones y a la membrana mucosa. Provoca irritacin a los ojos y de la piel cuando entra en contacto.

4. CALCULOS QUIMICOS

4.1. ELABORAR UN GRFICO DEL NIVEL DEL LQUIDO Vs TIEMPO Y TRAZAR UNA LNEA RECTA A TRAVS DE LAS PORCIONES INICIAL Y FINAL DE LS CURVAS CORRESPONDIENTES A ESTOS PERIODOS.

Ecuaciones de las 3 etapas de la grfica:1 Ecuacin (Antes de agregar Mg): 0.1018x + 0.0122 Ecuacin (Al agregar Mg): 0.3225x - 0.75843 Ecuacin (Despus de la reaccin con Mg): 0.1432x + 1.7678

1 Punto de interseccin: x=3.4912 Punto de interseccin: x=14.089

Luego de integrar (para hallar las reas) e igualar las ecuaciones:X=10.2469Hallando la variacin de volumen experimental segn el grfico:V=0.1432 *(14.089)+1.7678-[0.1018 (3.491)+0.012]V=3.418mL

4.2. 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.

4.3. CALCULAR EL CALOR LIBERADO CUANDO 1 mol DE Mg SE DISUELVE EN EL CIDO SULFRICO 1.0 M

El calor debido a la fusin del hielo es

Q=mL=2989,26cal

4.4. DETERMINAR So PARA LA REACCIN EXOTERMICA

La reaccin que sucede en el bulbo A:

S(reaccin) = nS(productos) - nS(reactivos)

S = [91.6+130.7]-[32.68+ 20.1].(Datos de tablas)S = 169.52 J/mol.K

4.5. HALLAR EL CAMBIO DE ENERGA LIBRE DE GIBBS DE LA REACCIN A LAS CONDICIONES DE TRABAJO

Primero hallamos la entalpa:

H(reaccin) = nH(productos) - nH(reactivos)H = [-1285+0]-[-909.3+0]H =-375.5KJ/mol

De la frmula:

4.6. CALCULAR EL CAMBIO DE ENTALPIA DE REACCIN A LA TEMPERATURA DE 0 oC, CON LAS ECUACIONES DADAS

El cambio de entalpa hallado segn la ley de Hess, hecho en la pregunta anterior es:

Utilizando la frmula dada en la gua la cual trabaja con la temperatura y la capacidad calorfica molar Cp:

Resolviendo con datos de tablas e integrando de 273.15 a 298.15:

%error: 22.05%

5. DISCUSIN DE RESULTADOS

Se puede notar que a medida que se registran los datos, la variacin de volumen disminuye hasta tratar de ser constante. Antes de agregar el magnesio el descenso del agua es muy lenta debido a que nuestro sistema es parecido a la de un sistema adiabtico. No se puede deducir de manera exacta que el calor que se produce cuando se funde el hielo es igual al calor de la reaccin ya que hay una parte que es liberada al ambiente por no ser un sistema totalmente aislado.

6. OBSERVACIONES

El sistema se encontraba a 0 oC al inicio de las mediciones debido que se coloc hielo en el recipiente y en el frasco. La reaccin fue espontanea al agregar el magnesio al cido sulfrico, sin embargo no lleg a reaccionar todo el magnesio. La velocidad de descenso del agua en la pipeta, los primeros 5 minutos, fue lenta. Al agregar el magnesio, se produjo una reaccin que aument la velocidad de descenso del agua. El sistema debi mantenerse en todo momento a 0 oC, sin embargo esto no fue posible debido a que el hielo se derreta, lo cual pudo afectar las mediciones.

7. CONCLUSIONES

Se puede concluir que el experimento realizado en el laboratorio fue un proceso exotrmico y espontneo debido a la entalpa de reaccin (H < 0), la entropa (S > 0) y la energa libre de Gibbs (G < 0). Se concluye que la emisin de calor debido a la reaccin del cido sulfrico y el magnesio que ocurre en el bulbo, provoca que el hielo se funda. Se concluye que la temperatura cumple un papel importante en el clculo de la entalpa de reaccin ya que se utiliz en la Ley de Hess y en la ecuacin que emplea la capacidad calorfica molar. Se concluye que el porcentaje de error (22.05%) pudo ser causado por diversos factores por ejemplo no fijar completamente el calormetro con hielo o que el sistema no haya estado cerrado hermticamente.

8. BIBLIOGRAFA

Maron y Prutton. Fundamentos de fisicoqumica. Primera edicin. 1958. Editorial Limusa Wiley S.A. Mxico. Pgs. 148-173. Levine, I. Fisicoqumica. 4ta edicin. 1996. Edit McGRAW-HILL. Espaa. Pginas: 145-149. Keith J. Laidler y Joh H. Meiser, Fisicoqumica, 1era Edicin, 1997, Ed. Patria, Mxico, Termoqumica, pgs. 58-70, El Clculo de los cambios de la Entropa, pgs. 104-112, La Energa de Gibbs, pgs. 119-122.

9. APNDICE

9.1. APLICACIONES INDUSTRIALESBolsas de fro y de calorSon bolsas de plstico que se utilizan para la preparacin de compresas instantneas fras y calientes. Son tiles para proporcionar primeros auxilios a determinadas lesiones que requieran de la aplicacin inmediata de fro o calor.Estas compresas constan de una bolsa de plstico que contiene otra bolsa ms pequea, con agua y una sustancia qumica en polvo o cristales. Al golpear el paquete, se rompe la bolsa interior que contiene el agua, y las sustancia se disuelve dando lugar a una reaccin espontnea. En el proceso la bolsa comienza a calentarse o enfriarse, segn como sea la reaccin (endotrmica o exotrmica) de una manera muy rpida.

LABORATORIO N2 FISICOQUIMICA IPgina 8