Combustion

PRACTICA Nº 2
DETERMINACION DEL CALOR DE COMBUSTIÓN DEL NAFTALENO
1. OBJETIVO.

El objetivo de esta práctica es determinar el calor de combustión de un compuesto orgánico utilizando un calorímetro de bomba adiabática y calcular su respectivo calor de formación.

2. CONOCIMIENTOS PREVIOS.
Para realizar esta práctica, el alumno debe dominar los conocimientos básicos de calorimetría ytermoquímica como:
 Calor de formación.
 Calor de reacción.
 Relaciones termodinámicas con la 1º ley.
 Dependencia de H(r) con la temperatura.
 Diferencias entre un calorímetro isobárico e isocórico
3. FUNDAMENTO TEÓRICO.

3.1. Calor de Reacción.

El cambio térmico asociado a una reacción química es, en general, una cantidad indefinida, a menos que se especifique el caminoseguido durante el proceso. Se denomina calor de reacción al cambio de energía producido cuando se lleva a cabo isotérmicamente. Según sea isobárico o isocórico se tendrá:

A ( P1 ,T1 ,V 1 ) ____________ B ( P 1 ,T1 ,V 2 ) Qp (1)

A ( P1 ,T1,V1 ) ____________ B ( P 2 ,T1 ,V 1 ) Qv (2)

La relación entre Qp y Qv se puede hallar a partir de la 1º ley de la termodinámica y la definición de entalpía, se expresa como:

Qp = H = HB(P1,T1,V2) - HA(P1,T1,V1) = EB(P1,T1,V2) - EA(P1,T1,V1) + P1V
Qv = E = EB (P2,T1,V1) - EA (P1,T1,V1)

Entonces: H - E = EB +  P1V (3)Donde EB es la variación de la energía interna para el proceso

B (P2,T1,V1) ____________ B (P1,T1,V2)

Como el miembro de la derecha de la ec. (3) es pequeño, comparado con H o E (en un orden del 0,1 al 1%), para calcularlo pueden hacerse ciertas aproximaciones. Si en la reacción solo intervienen fases condensadas (sólidos y líquidos) se considera EB = 0 ( porqueen este caso E y H son prácticamente independientes de P y V) y las variaciones del volumen son despreciable (P1 V =0 ) de manera que H = E. Si intervienen gases, se supone su comportamiento ideal, por lo que EB=0 ( E y H sólo depende de T) y considerando en V sólo el volumen de los gases, se llega a:

H = E + ng RT (4)


3.2Calores de Combustión y de Formación.

Se denomina calores de combustión a la variación de entalpía que acompaña a la combustión completa a 25ºC y 1 atm, de un mol de sustancia para dar CO2(g) y H2O(l).

Si consideramos un sólido orgánico solo de tipo CxHyOz , se tendrá:

CxHyOz(s) + (x +y - z)O2(g)  xCO2(g) +yH2O(l) Hc


Si, se determina experimentalmente Ec, setendrá el valor de Hc mediante la ec. (4).
El calor de formación de un compuesto se define como la variación de entalpía producida cuando se forma un mol de dicho compuesto a partir de sus elementos en su estado standard.
Para la sustancia anterior tenemos:
x C(s) +y H2(g) +z O2(g)  CxHyOz (s) Hºf

Como, por definición, el calor de formación de loselementos es cero, de la combustión se tiene:

Hoc = xHºf (CO2) + yHof (H2O) - Hof (CxHyOz) (5)

Utilizando las ecuaciones (4) y (5), se puede despejar el Hof del compuesto.
Los valores de Hof a 298K son: CO2(g) = -94,05 y H2O(l) = -68,32 Kcal \mol.
Aún cuando Ec se determina experimentalmente a 25oC, su valor no corresponderá exactamente a Eoc, debido a que no setrabaja a 1 atm y 25ºC. Para trabajo de precisión habrá que hacer la corrección necesaria, pero en la práctica supondremos que Ec  Eoc.


3.3 Calorimetría.

Cuando se desea medir experimentalmente Qp ó Qv el procedimiento es más sencillo, y se obtienen resultados más precisos cuando la reacción se lleva a cabo adiabaticamente. Si el sistema en estudio solo tiene fases condensadas, la...