Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química

“CALOR DE COMBUSTIÓN”

Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura

Departamento de Fisicoquímica

Laboratorio de Termodinámica

Universidad Nacional

Autónoma de México

Facultad de Química

OBJETIVO

Que el alumno determine el

calor de combustión

_{de una}

muestra sólida a partir de

datos

calorimétricos

medidos

experimentalmente con la

bomba calorimétrica

.

TERMO

QUÍMICA

Es un área de la TERMODINÁMICA experimental

que cuantifica la cantidad de calor cedida o absorbida

por una RQ

LA CANTIDAD DE CALOR se mide …..

Instrumento (recipiente) que

permite cuantificar la

cantidad de calor cedida o

absorbida por un sistema

colocado en su interior. Posee

un dispositivo para medir la

temperatura y una pared

adiabática que impide la

transferencia de calor hacia

los alrededores.

ISOBÁRICOS

(P = CONSTANTE)

ISOCÓRICOS

(V = CONSTANTE)

TIPOS DE CALORÍMETROS

ADIABÁTICOS

(Q = 0)

FUNDAMENTO DE LA MEDICIÓC

LA ENERGÍA INTERNA...

Es la energía que tiene el sistema, involucrando

a los átomos

que lo componen y

sus constituyentes (electrones, protones,

neutrones), así como sus comportamientos (vibración, rotación,

translación, etc.) de forma individual o como parte de agregados

químicos (retículas, moléculas, etc.)

Ecuación energética

• dU =

δQ + δW

•

∆U = Q + W

Cambio de energía interna en proceso isocórico

• Si V = cte,

δW = 0

y dU =

δQ

_V

•

∆U = Q

_V Cambio de entalpía en proceso isobárico

• Si P = cte,

δW = −P

_op

dV y P

_op

≈ P sistema

• dU =

δQ −PdV o bien U

₂

− U

₁

= Q

_p

−P(V

₂

− V

₁

)

• Q

_p

= (U

₂

+ P

₂

V

₂

)

− (U

₁

+ P

₁

V

₁

) pero

H = U + PV

• Q

_p

= H

₂

− H

₁

=

∆H

ECUACIÓN TERMOQUÍMICA

SISTEMA TERMODINÁMICO: REACCIÓN QUÍMICA

Ecuación química balanceada.

Estados de agregación:

(s) sólido, (l) líquido, (g) gas,

(ac) medio acuoso, (org) medio orgánico.

Cantidad de calor asociada al proceso químico.

Condiciones de T y P del proceso químico.

Signo del calor asociado al proceso químico:

Exotérmico (Q

_r

< 0), Endotérmico (Q

_r

> 0).

Si P = cte, (Q

_r

)

_p

=

ΔH

_r

. Si V = cte, (Q

_r

)

_V

=

ΔU

_r

0 3 2 2 2 298.15K

3

CH OH( )

O ( )

CO ( ) 2H O( )

726.76 kJ/mol

2

r

l

+

g

→

g

+

l

∆

H

= −

Estado inicial: reactivos Estado final: productos

ENTALPÍA DE FORMACIÓN

2 2 0 298.15K

C(

)

O ( )

CO ( )

393.51 kJ/mol

r

grafito

g

g

H

+

→

∆

= −

Formación del dióxido de carbono

a partir de grafito y oxígeno:

ENTALPÍA DE REACCIÓN

SUSTANCIA:

ΔHº

_{f, 298.15 K}

/ (kJ/mol)

C

₆

H

₅

COOH (s)

-384.80

O

₂

(g)

0

CO

₂

(g)

-393.51

H

₂

O (l)

-285.83

0 0 0 , , r i f i j f j i j

H

n H

productos

n

H

reactivos

∆

=

∑

∆

−

∑

∆

0 6 5 2 2 2 298.15K

15

C H COOH( )

O ( )

7CO ( ) 3H O( )

3227.26 kJ/mol

2

r

s

+

g

→

g

+

l

∆

H

= −

0

298.15K

(7)( 393.51 kJ/mol)+(3)( 285.83 kJ/mol) (1)( 384.80kJ/mol)

r

H

∆

=

−

−

−

−

RELACIÓN ENTRE ΔH y ΔU

0 0

(

)

r r

H

U

PV

∆

= ∆

+ ∆

H

= +

U

PV

Definición de entalpía: Gases ideales:

(

)

(

)

PV

nRT

PV

nRT

=

∆

= ∆

Si T = cte: 0 0

(

)

r r gases

H

U

n

RT

∆

= ∆

+ ∆

0

0

(

)

r

r

gases

U

H

n

RT

∆

= ∆

− ∆

,gases prod. ,gases react.

(

_gases

)

_{i j}

i j

n

n

n

∆

=

∑

−

∑

Para fases condensadas V

≈ cte

por efecto de T y P, además:

V (g) >> V (s) y V (g) >> V (l)

Por lo tanto, el volumen de las

fases condensadas se desprecia

RELACIÓN ENTRE ΔH y ΔU

0 6 5 2 2 2

15

J

C H COOH( )

O ( )

7CO ( ) 3H O( )

3227260

2

r

mol

s

+

g

→

g

+

l

∆

H

= −

15

1

(

)

7

2

2

gases

n

∆

= −

= −

(

)

0 J 1 J J 3227260 8.314 298.15K 3226020

mol 2 molK mol

r U    ∆ = − − −_{  } = −    0

cal

6319.97

g

comb

U

∆

= −

0 J 1 cal 1 mol 3226020 mol 4.184 J 122 g r U     ∆ = −_{   }   _{ } 0 0

(

)

r r gases

U

H

n

RT

∆

= ∆

− ∆

PARTE EXPERIMETAL

1. Determinación de la constante del calorímetro:

Masa de agua en la cubeta: 2000 g a

25°C

Masa de pastilla de ácido benzóico: 1 g (Masa molar: 122 g/mol) Calor específico del agua: 1 cal/gºC

Adicionar 1 mL de agua destilada en el interior de la bomba. Pesar el alambre de ignición antes y después de la reacción de combustión (ΔUº_alambre = −1400 cal/g).

2. Determinación del calor de combustión de una muestra sólida:

Masa de agua en la cubeta: 2000 g

25°C

Masa de muestra sólida (chocolate, dulce, etc.): 1 g Calor específico del agua: 1 cal/gºC

Adicionar 1 mL de agua destilada en el interior de la bomba. Pesar el alambre de ignición antes y después de la reacción de combustión (ΔUº_alambre = −1400 cal/g).

DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DEL CALORÍMETRO

ganado cedido

Q

= −

Q

2 H O K reacción

Q

+

Q

= −

Q

2 2 0 0 H O H O .

(

_{f i}

)

(

_{f i}

)

_{ac benz comb alambre alambre}

K T

−

T

+

m

c

T

−

T

= −

m

∆

U

−

m

∆

U

2 3 H O

(

HNO

)

K comb alambre

Q

+

Q

= −

Q

+

Q

+

Q

2 2 0 0 . H O H O

(

)

(

)

ac benz comb alambre alambre f i

f i

m

U

m

U

m

c

T

T

K

T

T

−

∆

−

∆

−

−

=

−

0

1400 cal/g

alambre

U

∆

= −

DETERMINACIÓN DEL CALOR DE COMBUSTIÓN DE UNA

MUESTRA SÓLIDA

ganado cedido

Q

= −

Q

2 H O K reacción

Q

+

Q

= −

Q

2 3 H O

(

HNO

)

K muestra alambre

Q

+

Q

= −

Q

+

Q

+

Q

2 2 0 H O H O 0

(

f i

)

(

f i

)

alambre alambre muestra muestra

m

c

T

T

K T

T

m

U

U

m

−

+

−

+

∆

∆

=

−

0

1400 cal/g

alambre

U

∆

= −

(

)

2 2

(

)

0 0 H O H O

f i f i muestra muestra alambre alambre

tiempo ⋅ ⋅ _⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ T em p er at u ra Tiempo de ignición

Vaciar al gráfico los datos experimentales

• Trazar en papel milimétrico las mejores rectas posibles para las temperaturas registradas antes y después del mezclado

• Identificar el tiempo en que ocurrió la mezcla

•Extrapolar ambas rectas hasta el tiempo de mezclado

• Determinar T_i y T_f

T_i = temperatura del agua antes de la reacción.

T_f = temperatura del agua después de la reacción. ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

Determinación de las temperaturas para

ambos experimentos

i

T

f

T

Leer en un periodo de 5 min cada 30 segundos

Leer cada 15 seg Hasta una temp cte.

COMPARACIÓN DEL VALOR

TEÓRICO Y EXPERIMENTAL

Comparar el ΔU0 _experimental

con el valor informado en el

empaque del dulce y determinar el % error: 0 0 0

%

empaque exp

100

empaque

U

U

Error

U

∆

− ∆

=

∆

25sube a 27 el experimento termina Después de los 5 minutos que se repitan 5 temperaturas

1. Se coloca l Se abre de la llave negra. Manometro pequeño 2.

Por su atención

¡Gracias!

e-mail: omar.termo@hotmail.com

Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura