Quimica fisica biologica-quimica fisica I




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fecha de publicación21.12.2015
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QUIMICA FISICA BIOLOGICA-QUIMICA FISICA I

TRABAJO PRACTICO N° 3
TEMA: Termoquímica. Calor de neutralización.
OBJETIVO: Determinar la variación calórica correspondiente a una reacción de neutralidad por el aumento de temperatura provocado como consecuencia del agregado de un ácido fuerte a una base fuerte.
TEORIA: Según la teoría de la disociación electrolítica, las moléculas de ácidos, bases y sales se consideran ionizadas en una mayor o menor proporción. Si esta ionización es completa, como ocurre prácticamente en las disoluciones diluídas de ácidos y base fuertes, el proceso de neutralización puede representarse, por ej., para el caso del HCl y el NaOH según:



Según ella, el proceso consistirá en la unión del hidrogenión con el hidroxilo para formar agua prácticamente no ionizada. Para soluciones diluídas de ácidos y bases fuertes, el calor de neutralización será el mismo para todos los ácidos y bases, o sea, prácticamente independiente de la naturaleza de los electrolitos considerados, es decir que corresponde al calor de formación del agua:

H = -13.7 Kcal/equiv

Como en el caso de soluciones acuosas no existen protones libres, sino su producto de hidratación , llamado "ión hidronio", la ecuación termoquímica real es:



En soluciones concentradas de ácidos y base fuertes o para soluciones de ácidos o base débiles, el calor desprendido por equivalente de hidronio o hidroxilo neutralizado es menor que 13.7 cal/eq.

DROGAS: NaOH 0.1 N; HCl 10 N; concentrado
NORMAS DE SEGURIDAD

Hidróxido de Sodio:

Estabilidad y Reactividad:

La sustancia es una base fuerte, reacciona violentamente con ácidos y es corrosiva en ambientes húmedos para metales tales como cinc, aluminio, estaño, y plomo originando hidrógeno (combustible y explosivo). Ataca a algunas formas de plástico, de caucho y de recubrimientos. Absorbe rápidamente dióxido de carbono y agua del aire. Puede generar calor en contacto con la humedad o el agua.

Características de Peligrosidad:

Producto Peligroso, Higroscópico. Reacciona con agua y otros materiales. Causa quemaduras a piel y ojos. Puede ocasionar irritación severa de tracto respiratorio y digestivo con posibles quemaduras. En casos crónicos puede producir cáncer en el esófago y dermatitis por contacto prolongado con la piel.
Condiciones de manipuleo: NO verter agua, sobre está sustancia. Cuando se deba disolver o diluir, añadirla al agua siempre lentamente, no comer, beber, ni fumar en lugar de trabajo y observar las medidas de precaución usuales para manipulación de productos químicos. No pipetear directamente con la boca. Usar siempre un dispositivo especial para pipetear líquidos.
Condiciones de almacenamiento: Separado de ácidos fuertes, metales, alimentos y piensos, materiales combustibles. Mantener en lugar seco y bien cerrado en un área que disponga de suelo de hormigón, resistente a la corrosión.
Primeros Auxilios:

En general: evitar todo tipo de contacto. Evitar la dispersión del polvo. En todos los casos luego de aplicar los primeros auxilios, derivar al médico.
Contacto con la piel: Quitar las ropas contaminadas, aclarar la piel con agua abundante o ducharse.
Contacto con los ojos: Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad).
Inhalación: Aire limpio, reposo, posición de seimincorporado, respiración artificial si estuviera indicada.
Ingestión: Enjuagar la boca. NO provocar el vómito, dar de beber agua abundante.
Procedimiento en caso de derrame

Evacuar el área. Restringir el acceso a personas innecesarias y sin debida protección. Ubicarse a favor del viento. Usar equipos de protección personal. Ventilar el área. No permitir que caiga en fuentes de agua y alcantarillas. Los residuos deben recogerse con medios mecánicos no metálicos y colocados en recipientes adecuados para su posterior disposición.
Acido Clorhídrico

Características de Peligrosidad:

Líquido incoloro o ligeramente amarillo. Corrosivo e higroscópico. Puede ocasionar severa irritación al tracto respiratorio o digestivo, con posibles quemaduras. Puede ser nocivo si se ingiere. Puede ser fatal si se ingiere o inhala.
Condiciones de manipuleo: No comer, beber, ni fumar en lugar de trabajo y observar las medidas de precaución usuales para manipulación de productos químicos. No pipetear directamente con la boca. Usar siempre un dispositivo especial para pipetear líquidos.
Condiciones de almacenamiento: Separado de sustancias combustibles y reductoras, oxidantes fuertes, bases fuertes, metales. Mantener en lugar bien ventilado.
Primeros Auxilios:

En general: EVITAR TODO TIPO DE CONTACTO. En todos los casos luego de aplicar los primeros auxilios, derivar al médico.
Contacto con la piel: Quitar las ropas contaminadas, aclarar la piel con agua abundante o ducharse y proporcionar asistencia médica.
Contacto con los ojos: Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica.
Inhalación: Aire limpio, reposo, posición de semiincorporado, respiración artificial si estuviera indicada y proporcionar asistencia médica.
Ingestión: Enjuagar la boca con agua abundante. NO provocar el vómito y proporcionar asistencia médica.
Procedimiento en caso de derrame

Evacuar el área. Restringir el acceso a personas innecesarias y sin debida protección. Ubicarse a favor del viento. Usar equipos de protección personal. Ventilar el área. No tocar el líquido, ni se exponga a los vapores. Eliminar toda fuente de calor. No permitir que caiga en fuentes de agua y alcantarillas. Dispersar los vapores con agua en forma de rocío. Mezclar con soda o cal para neutralizar. Los residuos deben recogerse con medios mecánicos no metálicos y depositarlos en recipientes adecuados para su posterior disposición. Luego de recogido, lavar la zona con abundante agua
Acido Sulfúrico

Características de Peligrosidad:

La sustancia es un oxidante fuerte y reacciona violentamente con materiales combustibles y reductores. La sustancia es un ácido fuerte, reacciona violentamente con bases y es corrosiva para la mayoría de metales más comunes, originando hidrógeno (gas inflamable y explosivo). Reacciona violentamente con agua y compuestos orgánicos con desprendimiento de calor. Al calentar se forman humos (o gases) irritantes o tóxicos (óxido de azufre). Por combustión, formación de humos tóxicos de óxidos de azufre.
Condiciones que deben evitarse: Contacto con el agua y con la mayoría de los metales.
Materiales a evitar: Agua, productos orgánicos, metales en polvo, cloratos, cromatos, permanganatos, nitratos. etc.
Productos de descomposición: Liberación de hidrógeno por su acción corrosiva sobre metales. Desprendimiento de SO2 por calentamiento.
Polimerización: No aplicable
Condiciones de manipuleo: NO verter NUNCA agua sobre esta sustancia; cuando se deba disolver o diluir, añadirla al agua siempre lentamente. No comer, beber, ni fumar durante el trabajo.
Condiciones de almacenamiento: Separado de sustancias combustibles y reductoras, oxidantes fuertes, bases fuertes, alimentos y piensos. Puede ser almacenado en contenedores de acero inoxidable. Lugar seco con suelo resistente a la corrosión.
Primeros Auxilios:

En general: EVITAR TODO CONTACTO. EVITAR LA FORMACIÓN DE NIEBLA DEL PRODUCTO. En todos los casos luego de aplicar primeros auxilios, derivar al médico.
Contacto con la piel: Quitar la ropa contaminada. Aclarar la piel con agua abundante ó ducharse y proporcionar asistencia médica.
Contacto con los ojos: Enjuagar con abundante agua durante varios minutos. (Quitar lentes de contacto en el caso que hubiese y si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica.
Inhalación: Aire limpio. Reposo. Posición semiincorporado, respiración artificial y proporcionar asistencia médica.
Ingestión: Enjuagar la boca, dar a beber agua abundante. NO inducir al vómito y proporcionar asistencia médica.
Procedimiento en caso de derrame

Evacuar el área. Restringir el acceso a personas innecesarias y sin debida protección. Ubicarse a favor del viento. Usar equipos de protección personal. Ventilar el área. No permitir que caiga en fuentes de agua y alcantarillas. NO adicionar agua al ácido. Neutralizar lentamente con ceniza de soda, cal u otra base. Después recoger los productos y depositarlos en recipientes adecuados para su posterior disposición.
TECNICA OPERATORIA
1-DETERMINACION DEL EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORIMETRO

El método más sencillo y conveniente consiste en utilizar el calor de solución del ácido sulfúrico. Para ello: pesar el calorímetro o frasco de Dewar con agitador, y termómetro, luego agregar 200 ml de agua destilada exactamente medidos, hacer los ajustes necesarios para asegurar la libre acción del agitador, agitar el agua en el calorímetro lenta y regularmente moviendo el agitador hacia arriba y hacia abajo, aproximadamente una vez cada 2 segundos; anotar la temperatura a intervalos de 1 minuto y representarla inmediatamente en un gráfico sobre papel milimetrado, hasta que se vea que cualquier elevación o caída ocurre a una velocidad constante. Al finalizar el intervalo de tiempo, abrir rápidamente el calorímetro sacando la tapa, e introducir 2 ml de ácido sulfúrico concentrado en el agua lo más cerca posible de los 30 segundos, después de la última lectura termométrica. Después de cerrar el calorímetro, seguir como antes con el agitado y la observación de la temperatura, hasta que la velocidad de caída se haga constante (15 min). Pesar el calorímetro lleno. Verter el contenido del calorímetro en un recipiente adecuado y enfriar hasta la temperatura ambiente, antes de titular una muestra de 5 ml con solución alcalina (0.15 N), por triplicado. Calcular la normalidad de la solución ácida. Con ella ir a la tabla de Pickering, para encontrar el calor liberado al añadir el ácido sulfúrico (Tabla XVII, libro de Palmer).

Para obtener el T (aumento de temperatura) prolongar la porción lineal del gráfico de velocidad del gráfico de velocidad constante (antes y después del agregado del ácido), hasta el tiempo de mezclado, obtener de esta manera, la elevación corregida de temperatura,



2-DETERMINACION DEL CALOR DE NEUTRALIZACION

A- CALOR DE DILUCION

Se determina la elevación de temperatura corregida cuando el volumen de ácido HCl se añade a un volumen de agua destilada igual al volumen total de álcali usado. Para ello, agregar 200ml de agua destilada exactamente medidos dentro del calorímetro, hacer los ajustes necesarios para asegurar la libre acción del agitador, agite el agua en el calorímetro lenta y regularmente moviendo el agitador hacia arriba y abajo, aproximadamente una vez cada 2 segundos; anotar la temperatura a intervalos de 1min. y representarla inmediatamente en un gráfico sobre papel milimetrado, hasta que se vea que cualquier elevación o caída ocurre a una velocidad constante. Al finalizar un intervalo de tiempo, abrir rápidamente el calorímetro sacando la tapa, e introducir 2ml de ácido clorhídrico 10 N en el agua lo más cerca posible de los 30 seg. después de la última lectura termométrica. Después de cerrar el calorímetro, seguir como antes con el agitado y la observación de la temperatura, hasta que la velocidad de caída se haga constante (15min). Pesar el calorímetro lleno. Para obtener el T (aumento de temperatura) prolongar la porción lineal del gráfico de velocidad constante (antes y después del agregado del ácido), hasta el tiempo de mezclado, obtener de esta manera, la elevación corregida de temperatura.
B-CALOR DE NEUTRALIZACION APARENTE

Se determina la elevación de temperatura corregida, cuando el volumen de ácido HCl se añade a un volumen de álcali usado.

Para ello agregar 200ml de NaOH 0.15N exactamente medidos dentro del calorímetro, hacer los ajustes necesarios para asegurar la libre acción del agitador, agite el álcali en el calorímetro lenta y regularmente moviendo el agitador hacia arriba y abajo, aproximadamente una vez cada 2 segundos; anotar la temperatura a intervalos de 1min. y representarla inmediatamente en un grafico sobre papel milimetrado, hasta que se vea que cualquier elevación o caída ocurre a una velocidad constante. Al finalizar el intervalo de tiempo, abrir rápidamente el calorímetro sacando la tapa, e introducir 2ml de ácido clorhídrico 10 N en el álcali, lo más cerca posible de los 30 seg. después de la última lectura termométrica Después de cerrar el calorímetro, seguir como antes con el agitado y la observación de la temperatura, hasta que la velocidad de caída se haga constante (15min.).Pesar el calorímetro lleno.

Para obtener el T (aumento de temperatura) prolongar la porción lineal del gráfico de velocidad constante (antes y después del agregado del ácido), hasta el tiempo de mezclado, obtener de esta manera, la elevación corregida de temperatura.
CALCULOS Y RESULTADOS
1-EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORIMETRO,

El valor del aumento de temperatura T se obtiene del gráfico T(temperatura) vs. t(tiempo). La cantidad de calor liberado al diluir el ácido sulfúrico se calcula mediante la tabla de Pickering (en la cual se representa Calor liberado en Kcal/mol en función de la Normalidad del ácido sulfúrico). Por lo cual:

donde m = masa de la solución final; c = calor específico de la solución.
2-CALOR DE DILUCION

El valor del aumento de temperatura T se obtiene del grafico T(temperatura) vs. t(tiempo).

Q’ = (E + m’c’) T donde m’= masa de la solución final; c' = calor especifico de la solución
3-CALOR DE NEUTRALIZACION

El valor del aumento de temperatura T se obtiene del grafico T(temperatura) vs. t(tiempo).

Q" = (E + m" c") T donde m"= masa de la solución final; los calores específicos c, c' y c" pueden considerarse muy aproximadamente igual a 1 cal/g.
Calor de neutralización verdadero

Qn = Q" - Q' (Kcal).

El calor de neutralización verdadero desprendido por la neutralización de un equivalente se calcula teniendo en cuenta que el hallado experimentalmente proviene de la neutralización de 2 ml de HCl 10N.
CUESTIONARIO

1-¿Que es el equivalente en agua del calorímetro?; cite los métodos conocidos para determinarlo. Unidades.

2-¿En que se difieren las ecuaciones termoquímicas de las ecuaciones como se escriben habitualmente?.

3-¿Que convencionalismo se usa para mostrar que una dada reacción es endo o exotérmica y para mostrar cuánto calor se ha absorbido o emitido?.

4-¿Qué se quiere decir con los términos: Calor de neutralización, Calor de solución, Calor de formación?.

5-Explique la diferencia entre los resultados de calor de neutralización de ácidos débiles y ácidos fuertes.

6-Dar el enunciado de la Ley de Hess y un ej. de aplicación. ¿Porqué se la aplica?.
BIBLIOGRAFIA

-Physical-Chemistry de Salzberg-Morrow.

-Daniels, Curso de Química Experimental.

-Barrow, Química Física.

-Palmer,W.G., Química Física experimental .

-Maron y Pruton, Fundamentos de Fisicoquímica.

-Crackford y Knight, Fundamentos de Fisicoquímica.

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