martes, 30 de octubre de 2012

CALOR DE NEUTRALIZACIÓN MÉTODO CALORIMÉTRICO


Laboratorio #3
Calor de Neutralización Método calorimétrico

I. Objetivos
·         Relacionar aspectos termodinámicos en la neutralización de una acido fuerte con una base fuerte.
·         Determinar la cantidad de calor que interviene en la neutralización de un acido fuerte con una base fuerte.

II. Resumen
Uno de los principales objetivos de esta experiencia era medir el aumento de temperatura en una reacción de neutralización entre una solución diluida de un acido fuerte y una solución diluida de una base fuerte. A partir del cálculo del número de moles a utilizar, del aumento de temperatura observado y el uso de del calorímetro dewar, cuyo calor especifico determinado previamente fue de 467.5; se determino el calor de neutralización de la reacción, obteniendo un valor de 12856.35 muy próximo al valor teórico que equivale a 13.700 Kcal/mol.

III. Introducción
Cuando un ácido reacción con una base, se libera una considerable cantidad de calor. La reacción química entre soluciones acuosas diluidas entre un acido fuerte y una base fuerte se conoce como reacción de neutralización. 
La medida del calor de neutralización, se hace a partir de los valores de entalpia de formación de H2O a partir de iones H3O y OH. Por lo que el calor de neutralización se entiende como el calor generado cuando un acido reacciona con una base para producir agua.
Cuando una solución diluida de acido fuerte se neutraliza con una solución diluida de base fuerte, el calor de neutralización que se produce por mol de agua es constante e independiente de la naturaleza de la sustancia como de su concentración. (2)
Las  reacciones de neutralización como HNO3 + KOH → KNO3 + H2O  y
 HCl + NaOH →NaCl +H2O y otras reacciones de solución acuosa entre ácidos fuertes y bases fuertes son exotérmicas. Esto se debe a que la solución acuosa es suficientemente diluida como para que la disolución adicional no produzca efectos térmicos; ya que los acido y bases en solución acuosa están disociados, por lo que el calor de neutralización en todos los casos es H+(ac) + OH(ac) = H2O(l)  ΔH 298 k= 13.700 Kcal/mol.
IV. Materiales y Reactivos

REACTIVOS 
Nombre
Toxicidad
Como manejarlo
En caso de emergencia





Ácido clorhídrico

Inhalación: dificultad para respirar, tos e inflamación y ulceración de nariz, tráquea y laringe. Exposiciones severas causan espasmo de la laringe y edema en los pulmones y cuerdas vocales. 
Contacto con ojos: irritación, puede causar quemaduras, reducir la visión o la pérdida total de ésta.
Contacto con la piel: causa quemaduras serias, dermatitis y fotosensibilización.

Utilizar lentes de seguridad. No deben usarse lentes de contacto cuando se utilice este producto.
 Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, siempre utilizar propipetas, nunca aspirar  con la boca.


Inhalación: mover al afectado al aire fresco. Si no respira, dar respiración artificial y mantenerlo caliente y en reposo, no dar a ingerir nada. Si está consciente, suministrar oxígeno, si es posible, y mantenerlo sentado.
Ojos: lavar inmediatamente con agua corriente
Piel: lavar inmediatamente la zona dañada con agua en abundancia.
Ingestión: no provocar vómito. En caso de que la víctima esté inconsciente, dar respiración artificial y mantenerla en reposo y caliente. Si está consciente dar a beber  un poco de agua continuamente.


Hidróxido de sodio

Inhalación: la inhalación de polvo o neblina causa irritación y daño del tracto respiratorio. En caso de exposición a concentraciones altas, se presenta ulceración nasal.


Necesario el uso de lentes de seguridad, en el caso de trasvasar pequeñas cantidades de disoluciones de sosa con pipeta, utilizar una propipeta, nunca aspirar con la boca

Inhalación: retirar del área de exposición hacia una bien ventilada. Si esta inconsciente, no dar a beber nada, dar RCP. Si esta  consiente, levantarlo o sentarlo lentamente, suministrar oxígeno, si es necesario.
Ojos: lavar con abundante agua corriente
Piel: quitar la ropa contaminada inmediatamente. Lavar el área afectada con abundante agua corriente.
En todos los casos de exposición, el paciente debe ser transportado al hospital.






Discusión

En esta experiencia se tenía por objetivo relacionar aspectos termodinámicos en la neutralización de un acido fuerte con una base fuerte. En la experiencia anterior se había determinado el calor específico del calorímetro dewar con soluciones de agua a temperatura ambiente, que se emplearía para determinar el calor  de neutralización de la reacción de soluciones de acido y base, este valor fue de 467.5, por lo que se asumió que el sistema era adiabático.
En la primera etapa de este nuevo ensayo se prepararon las soluciones diluidas de NaOH (base fuerte) y de HCl (acido fuerte), para mezclar en el calorímetro. Para determinar el calor producido en la mezcla de estas soluciones acuosas se realizaron dos pruebas, empleando 200 ml de NaOH y 50 ml de HCl. En la primera prueba hubo un cambio de temperatura de 1ºC, este efecto térmico observado es la suma de las entalpias de ionización y neutralización a presión constante; a partir de este cambio se obtuvo para el calor de neutralización un valor de 11688, teniendo un porcentaje de error de 14,7% respecto al valor teórico de 13,700. Mientras en la segunda prueba el cambio térmico observado fue de 1,1 ºC permitiendo que el valor del calor de neutralización fuese de 12856.35; siendo mucho más alto y próximo al valor teórico, con un porcentaje de error de 6,16%.
Cuando ocurre un cambio químico, existe un intercambio definido de calor, de acuerdo a la segunda ley de la termodinámica el valor encontrado para este calor de reacción es independiente del camino seguido para realizarla. Las reacciones que ocurren durante un proceso pueden ser endotérmicas, si absorben calor, o exotérmicas, si desprenden calor. Los cambios endotérmicos se expresan con signo positivo, y los cambios exotérmicos con signo negativo.
Teniendo en cuenta que cuando una solución diluida de acido fuerte se neutraliza con una solución diluida de base fuerte, el calor de neutralización que se produce por mol de agua es constante e independiente de la naturaleza de la sustancia como de su concentración.
Desde este punto de vista, una solución diluida de HCl consiste solamente en iones H+ y Cl- en solución acuosa; y similarmente, una solución diluida de NaOH consiste en iones Na+ e OH- en solución acuosa. Después de la neutralización, la solución restante contiene solamente iones Na+ y Cl-. Por lo que la reacción puede ser interpretada como iónica de la siguiente manera: Na+(ac) + OH-(ac) + H+ (ac) + Cl-(ac) → Na+(ac) + Cl-(ac) + H2O (l), cancelando los términos comunes se obtiene:  OH-(ac) + H+(ac) → H2O (l)  ΔH 25°C = -13680 cal. Observándose una reacción exotérmica, donde se libera calor.
Analizando los dos valores del calor de neutralización obtenidos en esta experiencia , usando los mismo volúmenes y concentraciones, una vez ocurrida la ionización de los solutos se observo la suma de las entalpias de ionización y neutralización, se puede decir que estas variaciones obtenidas responden a dificultades cuando se retiro la primera mezcla para luego colocar una mezcla nueva, también el destapar el calorímetro permitió que la temperatura de este no se mantuviese constante ya que perdida calor. Por lo que en este caso el calor de neutralización depende de la temperatura. También una inadecuada agitación de la mezcla pudo influir al no mantener la homogeneidad en la mezcla.

Conclusiones

El primer objetivo de esta experiencia era relacionar los aspectos termodinámicos de un acido fuerte con una base fuerte, mediante la mezcla de una solución diluida de acido fuerte con una solución diluida de base fuerte se comprobó que la variaciones en los procesos de neutralización el calor producido para formar un mol de agua, no dependen de la naturaleza de la sustancia ni la concentración, en este caso dependía de la temperatura liberada, influenciada por perdida de calor en el calorímetro durante el proceso de mezcla del acido con la base.
En la determinación de la cantidad de calor que se produce en reacciones de neutralización de ácidos fuertes y bases fuertes, este debe ser constante, 13,700 cal/mol y en todas las reacciones es un proceso exotérmico,  ya que tanto los ácidos como las bases fuertes están completamente disociados en sus respectivos iones cuando se están en solución acuosa suficientemente diluida. Para esta experiencia los valores de calor de neutralización se aproximaron a valor teórico, siendo estos de 11688, teniendo un porcentaje de error de 14,7% y de 12856.35; siendo mucho más alto y próximo al valor teórico, con un porcentaje de error de 6,16%.


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