Calorimetría

1 - OBJETIVOS
Obtener el calor de reacción y la entalpía normal de reacción de la neutralización de un ácido con una base.
2- FUNDAMENTO TEÓRICO
Vamos a estudiar reacciones de neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte. Esta neutralización se realizará en un calorímetro adiabático o vaso Dewar. El calor de neutralización Qr desprendido al mezclar el ácido y la base será absorbidopor la disolución resultante (reactivos, productos de reacción, disolvente) y por el calorímetro (paredes, varilla agitadora, termómetro inmerso, etc…). Por tanto el calor Qr se expresa como:
Qr=∆T ∑_i▒〖mi ∙ci,p+Qv〗
Donde mi es la masa en gramos de cada disolución incorporada al calorímetro (ácido y base), ci,p su respectivo calor específico a presión constante y Qv representa el calor absorbidopor el vaso Dewar.
La práctica consiste en medir, con la máxima precisión posible, el ascenso termométrico y obtener el correspondiente calor de reacción Qr.
El calor Qv absorbido por el sistema calorimétrico se puede expresar en función del equivalente en agua del calorímetro, K. Se puede definir K como la cantidad de agua expresada en gramos que absorbe o desprende el mismo calor que elcalorímetro por cada grado que varía su temperatura; de tal manera que:
Qv=K ∙Cagua ∙ ∆T
Donde Cagua es el calor específico del agua a presión constante y ∆T es el cambio de temperatura del calorímetro. Para calcularlo experimentalmente se realiza la mezcla de una cierta cantidad de agua fría y de agua caliente en el calorímetro.
En este caso se expresaría:
Qcedido agua caliente = mc ∙ Cagua (Tc –Teq)
Qabsorbido sistema calorímetrico = K ∙ Cagua (Teq – Tf)
Qabsorbido agua fría = mf ∙ Cagua (Teq – Tf)
Donde m es la masa de agua, T es la temperatura y los subíndices “c”, “f”, y “eq” hacen referencia al agua caliente, agua fría y en el equilibrio térmico, respectivamente.
Como es el sistema es adiabático, los calores absorbidos y cedidos deben ser iguales. Entonces K se puede obtener de laexpresión:
mc ∙ Cagua (Tc – Teq) = K ∙ Cagua (Teq – Tf)+ mf ∙ Cagua (Teq – Tf)
simplificando el calor especifico del agua:
mc (Tc – Teq) = K ∙ (Teq – Tf) + mf ∙ (Teq – Tf)
Una vez conocido K de esta manera y ya que Qv = K ∙ Cagua ∙ ∆T por definición, se puede calcular el calor Qv absorbido por el calorímetro durante la reacción de neutralización a pesar de que la variación de temperaturaexperimentada por el calorímetro es diferente a la observada durante la determinación de K. Por consiguiente, el calor de neutralización o reacción:
QN = (mácido ∙ Cácido,p + mbase ∙ Cbase,p + K ∙ Cagua) ∙ (Teq – Ti)
donde Ti se ha tomado como la media de las temperaturas iniciales del ácido y de la base (esta última en equilibrio térmico con el calorímetro) antes de realizar la neutralizar, Teq,es la temperatura final del proceso de neutralización, mácido y mbase son las masas de las disoluciones del ácido y la base y Cácido,p y Cbase,p son los calores específicos de ambas disoluciones a presión constante. Ya que son disoluciones acuosas diluidas, sus calores específicos pueden ser aproximados al calor específico del agua medio del agua entre 0 y 100ºC, que es por definición 1 cal g-1ºC-1.
Explicación de las reacciones de neutralización:
El valor de la entalpía de neutralización para las reacciones de ácidos fuertes con bases fuertes es independiente del tipo de los componentes que reaccionan porque el calor de reacción es generado por la reacción de hidrogeno y los iones hidroxilo para formar el agua.
H+ + OH-  H2O
∆H= -57,3 kJ/mol
Cuando en un disolvente dado, unasustancia que se comporta como ácido, reacciona con otra que se comporta como base, se libera una considerable cantidad de energía en forma de calor. Si la reacción se produce a presión constante a dicha cantidad de calor se la conoce como entalpía de neutralización.
En disoluciones acuosas, la neutralización equivale simplemente a la combinación de los iones hidrógeno con los iones hidróxido,...