ENTALPIA DE UNA REACCION QUIMICA

Universidad Nacional de Laboratorio de Fsico Qumica I

Ingeniera Entalpa de una Reaccin Qumica

ENTALPIA DE UNA REACCION QUIMICA

I.- OBJETIVOS.-

Determinar el calor de una reaccin qumica con el uso del calormetro de hielo.

II.-FUNDAMENTO TEORICO.-

Primera Ley De La Termodinmica.-Esta es la ley de la conservacin de la energa, por lo que en una reaccin a volumen constante, tenemos que:

E = q + W

E = q - (V1 = V2)

E = qvEntalpa.-Es una funcin de estado para tratar los efectos trmicos de una proceso a presin constante. La entalpa es una propiedad extensiva que se representa por H, lo que es lo mismo:

H= E + PV

H= q + W + PV

H= q - PV + PV

H= qp

Capacidad Calorfica.-Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura en 1C ( 1 K) Depende de la masa y la composicin (propiedad extensiva).

q = C T C = q / T

La capacidad calorfica puede ser a presin constante o a volumen constante, en la presente prctica de laboratorio, usamos la capacidad calorfica a presin constante que viene a ser la atmosfrica.

Cp = dqp / dT

Cp = dqp / dT = dH / dT

dqp =Cp dT

qp =Cp dt ( Cp = aT2 + bT+ c )

Donde a, b, c son constantes que dependen de la sustancia.

Entalpa Estndar De Formacin Hf .- Es el calor que se produce cuando se forma 1 mol de compuesto a partir de sus elementos a una presin de una ATM.

La entalpa estndar de formacin de cualquier elemento en su forma ms estable es cero. (H2 (g) , grafito, etc )

Entalpa Estndar De Reaccin H .-Consideremos ahora una reaccin general, del tipo:

aA + bB cC +d DEl cambio de entalpa asociado a una reaccin vendr dado por la diferencia entre los estados final e inicial, es decir, entre los productos y los reactivos:

Si tenemos en cuenta los coeficientes estequiomtricos, podemos descomponerlo como:

Atendamos ahora a los coeficientes a, b, c y d, que nos rigen la estequiometra de reaccin. Estos nmeros se conocen como coeficientes estequeomtricos, y se designan por .

Si rescribimos la expresin que hemos obtenido anteriormente, nos resulta:

Ley de Hess.-"En una reaccin qumica expresada como la suma (o diferencia) algebraica de otras reacciones qumicas, puesto que es funcin de estado, la entalpa de reaccin global es tambin la suma (o diferencia) algebraica de las entalpas de las otras reacciones."

Dependencia De H Con Respecto A La Temperatura.-

H2 = H1 + nCp dT

En donde Cp = Cp (productos) Cp (reactivos), cabe recalcar que H vara muy poco con la temperatura.Entropa ( S ).- Es una funcin de estado que mide la dispersin de la energa. Indica tambin el grado de desorden molecular. Es una propiedad extensiva que aumenta con la complejidad molecular. La entropa molar estndar de los elementos no es cero.

S = Cp/T dT

Para cambios de temperatura, tenemos:

S2 = S1 + nCp /TdT

Energa Libre (G).- Es una funcin de estado (propiedad extensiva) que nos proporciona informacin acerca de la espontaneidad del proceso a T y P constante.

Gsistema = H sistema - TSsistemaIII.- DATOSIII.1 DATOS EXPERIMENTALES

El respectivo cuadro de datos obtenido en el laboratorio se encuentra adjunto, al igual que las grficas de Dickinson respectivas.

III.2 DATOS BIBLIOGRAFICOS :

CompuestosCp (cal/mol.(C)(H

(K cal/mol)N moles

(m.mol)(S

J/K

R.E.H2SO4(ac)0.03478 + 0.0039T- 212.03520.1

R.L.Mg (s)6.2 + 0.00133 t-67800/T202.102832.68

MgSO4(s)26.7-325.42.102891.6

H2(g)6.62 + 0.00081 T02.1028130.684

Norbert A.Langes , Chemical Handbook

IV.-TRATAMIENTO DE DATOS

H2SO4 (ac) + Mg(s) ( Mg SO4(ac) + H2(g)

Ninicio : 5 mmol 2,1028mmol

- -

Nrxn : -2,1028mmol 2,1020mmol

2,1028mmol2,1028mmol

Nfinal :-2,8972mmol 0

2,1028mmol2,1028mmol

Calculo de (H (reaccin) a 273 K

Sabemos :

(H

Por la ley de Hess tenemos :

Entonces

(H (reaccin) = (H(MgSO4) + (H(H2) - (H (H2SO4) - (H(Mg)

Reemplazando Datos:

(H(reaccin) = -113,37 K cal (( )

Hallando la integral

Reemplazando datos:

Evaluando :

I = -1,0412 x 10-3 Kcal (()

Reemplazando (() y (() en (2)

Entonces:

(H = -113.37 Kcal 1.0412 x 10-3 K Cal

((H = -113,371 Kcal ( El signo (-) indica que la reaccin es exotrmica)

Hallando la entalpa experimental :

Phielo = 0,9164 g/ml

PH2O = 0,9999 g/ml

Lf = 79.7 cal/g a 0C

Para 1gr de H2O(s)

V(hielo) = 1,0912 ml

V(H2O) = 1,0001 ml

(V = 0,0911ml

Entonces:

1gr ( 0,0911ml

Mhielo ( (V (experimental) = 0,195ml

( mhielo = 2,141 gr

Por lo tanto :

qp (2,1028mmol de mg) = mhielo x Lf

= 2,141 x 79,7

qp = 170,6377 cal

Entonces :

qp ( 2,1028 x 10-3 mol de Mg

qp ( 1mol de Mg

( qp (1 mol de mg) = 81,148 k Cal

Hallando el porcentaje de error :

( % error = 28.42

Hallando el cambio de energa libre de Gibbs de la reaccin a las condiciones de trabajo (0C)

Sabemos: (G = (H - T(S .................(I)

(S0C = (S25C + n

Hallando (S25c = ( ni (Si

= 91,6 + 130,684 20,1 32,68

(S25C = 169,504 = 40,551 ................. (1)

Entonces de (a):

(S0c = (S25c + n

(S0c = (S25c + n (-26,5452 Ln (T) 4,42 x 10-3 + 33900 T-2(

Evaluando : donde n = 2,1028 x 10-3 mol

(S0c = 40,551

(S0c = 40,556

Reemplazando valores en (I)

(G = -113,371 Kcal ( 273K) . ( 40,556

((G = -124,443 K cal

V. - DISCUSIN DE RESULTADOS - Nuestro error se centra en los datos bibliogrficos con respecto al valor de las capacidades calorficas de las diferentes sustancias de la prctica, habiendo encontrado valores para estados diferentes a los trabajados en el laboratorio, por ejemplo el Cp del sulfato de magnesio encontrado en la bibliografa fue el perteneciente al estado slido y es con este que se hace el clculo expuesto de la entalpa.

- Al momento de realizar la prctica, por descuido del grupo al introducir el magnesio, hicimos una ligera presin sobre la tapa del frasco, elevando el nivel de agua que se tena que medir, afectando la grfica de Dickinson, produciendo un desfase de los puntos en la misma.

- A su vez, la falta de precisin por la que se v i afectada la obtencin de datos , se debi a la dificultad de la lectura del nivel del agua , por lo que se recomienda que esta dependa de la distancia que recorre el menisco y que no se haga con respecto al tiempo.VI.-CONCLUSIONES En la reaccin, los productos considerados son el H2 y no el SO2, puesto que se pudo apreciar solo un gas incoloro y no el color rojizo caracterstico del dixido.

La reaccin es exotrmica por lo que el hielo del calormetro se funde, haciendo que el menisco acelere rpidamente hacia abajo cuando la reaccin comienza y luego se vuelve constante cuando se alcanza el equilibrio trmico.

El calor liberado por la reaccin necesario para que un gramo de hielo se funda a un gramo de agua es absorbido por el calormetro del hielo.

Como en la reaccin sali que la variacin de entropa es positivo S= 40.556 cal/K con eso se puede concluir que dicha reaccin es un proceso irreversible ya que esta acompaado por un aumento de la entropa del sistema .

La energa de Gibbs nos proporciona informacin de la espontaneidad de una reaccin a p , t constante , para la reaccin de 0.0511gr de Mg se encontr G=-124.443 Kcal esto prueba que hubo una disminucin de energa del sistema comprobando as la espontaneidad de la reaccin .

Al reaccionar 0.051gr de magnesio en H2SO4 se obtuvo un cierto calor liberado (H