PRÁCTICA 4. TERMOQUÍMICA Y CALORIMETRÍA

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En este momento conviene introducir dos términos muy utilizados para referirse a los calores de reacción. Una reacción exotérmica es la que produce un aumento de la temperatura en un sistema aislado o hace que un sistema no aislado ceda calor a los alrededores (q reacción endotérmica es la que produce una disminución de la temperatura del sistema aislado o hace que un sistema no aislado gane calor a costa de los alrededores (q > 0) Figura 4.8. Los calores de reacción se determinan experimentalmente en un calorímetro (Petrucci, Herring, Madura, & Bissonnette, 2011).

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Figura 4.8. Representación general de una reacción endotérmica y una reacción exotérmica. (Diseño propio)

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Calorimetría

Las transferencias de calor se miden en un calorímetro a través de variaciones de temperatura. Previo a toda experiencia es necesario calibrarlo, esto es, determinar su capacidad calórica. Para ello se verán dos tipos de calorímetros y se considerarán como sistemas aislados.

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Bomba calorimétrica

Este dispositivo permite medir los calores de reacción a volumen constante. El sistema está formado por todo lo que se encuentra dentro de la doble pared exterior del calorímetro, incluyendo el recipiente de acero, y sus contenidos: la sustancia líquida en la que está sumergido este recipiente, el termómetro, el agitador, etc. El sistema está aislado de sus alrededores Figura 4.9.

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Figura 4.9. Bomba calorimétrica (Aparicio, 2002)

Cuando tiene lugar la reacción de combustión, la energía química se transforma en energía térmica y la temperatura del sistema aumenta. El calor de la reacción es la cantidad de calor que el sistema debería ceder a sus alrededores para recuperar su temperatura inicial. A su vez, esta cantidad de calor es exactamente el valor opuesto de la energía térmica ganada por la bomba calorimétrica, cumpliendo con la primera ley de la termodinámica de la Ecuación 4.2; y teniendo en cuenta las siguientes consideraciones Ecuación 4.3 y Ecuación 4.4 para definir el calor del sistema (qsistema) y el calor del entorno (qentorno):

Ecuación 4.3. ó [pic 13][pic 14]

Ecuación 4.4. ó [pic 15][pic 16]

En la Figura 4.10 se representa el sistema y el entorno dentro de la bomba calorimétrica:

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Figura 4.10. Bomba calorimétrica (Aparicio, 2002)

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Calorímetro de ¨vaso de poliestireno¨

En los laboratorios de química general es mucho más probable que se encuentre con un sencillo calorímetro como el de la Figura 4.11, que con una bomba calorimétrica. Se mezclan los reactivos (generalmente en disolución acuosa) en un vaso de poliestireno y se mide la variación de temperatura. El poliestireno es un buen aislante térmico, así que hay muy poca transferencia de calor del vaso al aire circundante. Se considera el sistema formado por el vaso y su contenido como un sistema aislado Figura 4.11.

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Figura 4.11. Calorímetro de vaso de café (Diseño propio)

Al igual que con la bomba calorimétrica, se define el calor de reacción como la cantidad de calor que se intercambiaría con el entorno al recuperar el calorímetro su temperatura inicial. En estas condiciones, la suma de todas las transferencias de energía térmica que se producen en el calorímetro debe ser cero Ecuación 4.2 (Petrucci, Herring, Madura, & Bissonnette, 2011).

PRÁCTICA 4. TERMOQUÍMICA Y CALORIMETRÍA

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OBJETIVOS

4.1.1. General

Determinar experimentalmente la cantidad de calor, midiendo los cambios de temperatura al aplicar los conceptos básicos de la calorimetría.

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Específicos

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Determinar la capacidad calórica del vaso de icopor.

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Determinar el calor específico de un material.

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REACTIVOS Y MATERIALES

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REACTIVOS

Material a determinar el calor específico

H2O(l)

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MATERIALES

Ejercicio (antes de entrar al laboratorio): asigne el número al instrumento de laboratorio

___ Plancha de calentamiento (1) ___ Beaker de 250 mL (2) ___ Termómetro (1)

___ Vasos de icopor con tapa ___Probeta de 100 mL (1) ___ Picnómetro (1)

___ Balanza analítica (1)

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Imágenes tomadas de internet: https://www.google.com.co/search?

Antes de entrar al laboratorio entregar al profesor

(Recordar que cada consulta debe tener su respectiva referencia)

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CONTENIDO CONCEPTUAL

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Calor (q)

- Calor específico

- Capacidad calórica

- Sistema y entorno

- Reacción endotérmica y endotérmica

- Realiza un mapa conceptual en donde se consideren los principales conceptos de la termoquímica y calorimetría

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