obra


Laboratorio 2.
Calor de combustión



Objetivo



Determinar el calor de combustión de una sustancia orgánica como el naftaleno y determinar la entalpía de formación utilizando el calorímetro de bomba adiabático.


Teoría



El calor de combustión de una sustancia se define como la energía liberada en forma de calor por la reacción de combustión cuando ésta ocurre a presiónconstante. Esta energía es igual al cambio de entalpía, ∆H, que sufre el sistema (reactivos y productos) durante el proceso (la reacción). Así,


qp = ∆H (2-1)




Energía liberada en forma de calor Cambio de energía dentro del sistema




El calor de combustión estándar es la energía liberada en forma de calorcuando la reacción de combustión ocurre a una presión constante de 1 atm y a una temperatura especificada, típicamente 25°C. El calor de combustión se representa con el símbolo °H.


Es decir si se quiere determinar qp = ∆H, la energía liberada para el proceso.



REACTIVOS (P1,T1,V1) PRODUCTOS (P1,T1,V2)


Durante el proceso anterior se mantienenconstantes la presión y temperatura, y por lo tanto cambia el volumen. Experimentalmente, es mas conveniente (y mas seguro) mantener el volumen constante y permitir que la presión cambie. En
otras palabras, se prefiere llevar a cabo el proceso



REACTIVOS (P1,T1,V1) PRODUCTOS (P2,T1,V1)


Puesto que el proceso ocurre a volumen constante el calor medido qv seráel cambio en energía interna, ∆U que sufre el sistema.


qv = ∆U (2-2)




Energía liberada en forma de calor Cambio de energía dentro del sistema



En un calorímetro de bomba el calor medido para la muestra quemada es qv, el cual es el cambio en energía interna de estados iniciales y finales. El cambio deentalpía, ∆H, para este proceso se relaciona a la energía interna, como sigue:


∆ H =∆ U+ ∆ (pV) (2-3) Si el gas es ideal,
∆ (pV) = ∆nRT (2-4)




Cambio en el número de moles de todos los gases de la reacción del sistema


Aunque se quiere obtener ∆H, en el laboratorio se mide ∆U. Para procesos avolumen constante, ∆U se obtiene midiendo el calor qv. Para medir qv se utiliza la ecuación básica de calorimetría a volumen constante.
qv = CT (2-5) Donde C es la capacidad calorífica del calorímetro a volumen constante.
La capacidad calorífica del calorímetro necesita ser determinada primero con una sustancia a la cual ∆H se conoce. Luego C parael calorímetro se determina y la ecuación (2-5) puede ser usada para resolver el calor de combustión de una muestra desconocida.

Resumiendo,


1. Se resuelve para la capacidad calorífica del calorímetro:


Ccal = qv,conociddo / ∆ T (2-6)


2. Luego este valor se usa para encontrar el valor q de la muestra desconocida:


qv,desconocido = (Ccal)(∆ T) (2-7)


Calorímetro


Un calorímetro de bomba consiste de tres partes esenciales:


1. Una bomba (Figura 2-1), la cual contiene la muestra y el oxigeno, es aquí donde la combustión toma lugar.




Figura 2-1

2. Un cubo (Figura 2-2), que tiene una cantidad medida de agua, en el cual la bomba, el termómetro, y el agitador son sumergidos.Figura 2-2






3. Un jacket (Figura 2-3) para aislar el cubo de los alrededores.



Figura 2-3


Existen dos métodos se usan para cubrir el calorímetro: calorímetro isotermal y calorímetro adiabático. Estos dos calorímetros no solo difieren en la construcción de la camisa, pero también en la forma en que las lecturas de temperaturas son recogidas.

En un sistema...