domingo, 15 de enero de 2017

INTRODUCCIÓN


El objetivo de esta práctica de la asignatura de física y química consiste en determinar la variación de entalpía del proceso de disolución del hidróxido de sodio en agua. Además de analizar si es un proceso endotérmico o exotérmico.

El proceso de disolución  ocurre cuando dos o más sustancias puras (con proporciones variables cada una) que no reaccionan entre sí dan lugar a una mezcla homogénea. En esta práctica se disolverá la sosa cáustica el el agua.


La entalpía de disolución de una sustancia es la energía involucrada en el proceso. Su valor depende de la concentración de la disolución final y es expresada en KJ/mol.

El cambio de entalpía que se observa al preparar una disolución se puede considerar como la suma de dos energías: la energía necesaria para romper determinados enlaces y la energía liberada para la formación de enlaces nuevos.


Para su cálculo recurriremos a la siguiente fórmula:

Qp= Cp.m(T2-T1)


Siendo:
  • Cp= Capacidad calorífica a presión constante de la sustancia. Calor necesario para incrementar la temperatura del sistema un grado centrígrado por cada unidad de masa. unidades de energía/(K . unidades de masa) 
  • M= Masa de la sustancia (unidades de masa)
  • T2 y T1= temperaturas final e inicial (K o ºC)
  • Qp= calor a presión constante (en este caso AH) unidades de energía (J, KJ, cal, Kcal …)

Otro concepto a aclarar antes de comenzar la práctica es el calor específico, es la energía requerida para elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia cuando la presión se mantiene constante.

Existen dos tipos de procesos, el exotérmico y el endotérmico. El proceso exotérmico es aquella reacción donde se desprende calor en forma de calor  y el proceso endotérmico es aquella en la cual se requiere calor para que ocurra la reacción. En esta práctica determinaremos a cuál de ellos pertenece.

El material utilizado en esta práctica es el siguiente:

Probeta:  es una vaso de vidrio de forma tubular con un pie, generalmente graduado, que se usa en los laboratorios para medir líquidos o gases.
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Vaso de precipitados: Un vaso de precipitado es un recipiente cindrico de vidrio fino que se emplea en el laboratorio para preparar o calentar sustancias y traspasar líquidos.

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Báscula: es un aparato que sirve para pesar, es decir, para determinar el peso , o la masa de los cuerpos. Normalmente una báscula tiene una plataforma horizontal sobre la que se coloca el objeto que se quiere pesar.
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Termómetro: es un instrumento utilizado para medir la temperatura de un cuerpo o de un fluido con gran exactitud. Depende del que estemos usando nos dará una cifra en Celsius, Fahrenheit o Kelvin

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Varilla: es un instrumento empleado en los laboratorios, consistente en un fino cilindro macizo de vidrio que sirve para agitar disoluciones, con la finalidad de mezclar productos químicos y líquidos.

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Embudo: instrumento para trasvasar líquidos a recipientes de boca estrecha sin derramarlos. Tiene un cono hueco de plástico, vidrio, porcelana o metal con el vértice prolongado en forma de tubo.
 IMG-20170114-WA0015.jpg IMG-20170114-WA0008.jpg Hidróxido de sodio: conocido también como sosa cáustica es un sólido es un sólido blanco cristalino sin olor que absorbe humedad del aire. 
Guantes de látex: están hechos de goma o caucho y están fabricados de elastómeros. Tienen su principal uso en los trabajos relacionados con elementos químicos y/o que requieren limpieza.

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Agua: sustancia líquida sin olor, color ni sabor que se encuentra en la naturaleza en estado más o menos puro. Ocupa las tres cuartas partes del planeta Tierra y forma parte de los seres vivos; está formada por hidrógeno y oxígeno.

Mantel:  trozo de papel que cubre una cierta superficie de la mesa.  (en la foto el mantel es lo que está debajo del vaso de precipitados)

Vidrio de reloj: Se utiliza en química para evaporar líquidos, pesar productos sólidos, como cubierta de vasos de precipitados, y para contener sustancias parcialmente corrosivas.
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Espátula: Se emplea para tomar pequeñas cantidades de compuestos que son, básicamente, polvo. Tienen dos curvaturas, una en cada lado, y cada una hacia el lado contrario a la otra.



Tras tener listo y a punto el material necesario citado antes, procederemos a la elaboración del experimento

EXPLICACIÓN y CÁLCULOS

    Primero debemos coger la probeta (no el vaso de precipitados ya que es más impreciso) y pesarla en la báscula completamente vacía. 

    Error de paralaje
    A continuación llenamos la probeta con 100 mL de agua. Para evitar fallos en la medida, debemos poner la probeta a la altura de nuestros ojos para evitar el error de paralaje. que se produce cuando no observamos perpendicularmente la escala del instrumento que estamos usando; si no comentemos esta equivocación apreciaremos correctamente los valores del agua. 
    Posteriormente, pesaremos la probeta con los 100mL de agua, para saber la masa del agua que hemos añadido. En nuestro caso, la probeta junto con los 100mL de agua tienen una masa de 269,20 g, si el instrumento pesaba 172,30 g, eso quiere decir que el agua de su interior del recipiente tiene una masa de 96.90g.

    Cuando conozcamos la masa del agua con el que vamos a trabajar, pesaremos un vaso de precipitados para calcular posteriormente el calor que este absorbe, nosotros hemos cogido uno cuya masa era de 118,93 g. Tras realizar lo enunciado, pasaremos el fluido de la probeta al vaso de precipitados, ya que este es más amplio y se trabaja con mayor facilidad.

    Tras ello debemos añadir 0,05 mol de NaOH, que son exactamente 2 g, con mucho cuidado de no tocar el Hidróxido de Sodio ya que es altamente corrosivo. 
    Debido a que la sosa caústica no es un liquido, ni está 
    pulverizado, sino que se presenta con aspecto de cápsulas, es muy difícil acertar con la masa exacta, así que cogeremos una masa muy similar. En el laboratorio nosotros tomamos 2,11 g de Hidróxido de Sodio, pesados en la báscula digital con la ayuda de un vidrio de reloj, que son exactamente 0,05275 mol.

    Antes de echar la sosa caústica al agua, hay que conocer su temperatura inicial, en este caso era de 20ºC, (el termómetro que hemos usado no tiene gran precisión así que nosotros hemos tomado los valores enteros, es decir, sin decimales).

    Una vez realizado, ya podremos añadir el Hidróxido de Sodio al agua. Posteriormente debemos disolverlo ayudándonos de una varilla para agitar, hay que remover constantemente  la disolución, siempre apoyando el vaso en la mesa y sujetándolo.

        

    Para finalizar, cuando el NaOH ya se haya disuelto, hay que conocer la nueva temperatura del agua, tomando el valor más alto que haya alcanzado. En este caso también debemos intentar no cometer el error de paralaje. En nuestro caso la temperatura más alta alcanzada fue de 25ºC. Hemos de tener en cuenta cuando midamos su temperatura, tocar con la mínima superficie de piel el termómetro, ya que esto aumenta su temperatura y por lo tanto podríamos cometer un gran error.

    Una vez concluido el procedimiento experimental procederemos a calcular el calor absorbido tanto por el vaso como por el agua.

    Suponiendo que las temperaturas inicial y final son las mismas tanto para el vaso como para el agua...

    El calor desprendido en la disolución será la suma del calor absorbido por el vaso y por el agua, esto no es exacto ya que el vaso podría tener pérdidas, puesto que no está  aislado.

    En nuestro caso, nos ha dado como resultado que el calor absorbido por la disolución es de  2524,716 Kj/mol.

    Deberíamos realizar el experimento en repetidas ocasiones, para minimizar errores, y establecer un promedio de los valores calculados, pero el tiempo en el laboratorio due insuficiente, realizándolo una sola vez.

    No olvidéis al acabar de limpiar todo el material. ¡Hay que ser limpios!

    Esperamos que os haya gustado este sencillo experimento y que lo realiceis en vuestras casas.

    CÁLCULOS
    Cálculo de la masa del agua:

    m agua=m total-m vaso

    m agua=269,20g-172,30g

    m agua=96,90g

    Cálculo de la masa necesaria sabiendo el número de moles de sosa cáustica:

    n=m/M 

    m= mol de compuesto/masa molar de compuesto 

    m=0,05×(23+16+1)

    m=2 g

    Cálculo de los moles exactos de NaOH usados en el experimento:

    n=m/M 

    n=gramos de compuesto/masa molar del compuesto

    n=2,11 g/23+16+1

    n=2,11g/40

    n=0,05275 mol

    Cálculo del calor absorbido por el agua:

    Qp=Cp×m×(T2-T1)

    Qp=4,18×96,90×(25-20)

    Qp=2025,21 Kj

    Cálculo del calor absorbido por el vaso:

    Qp=Cp×m×(T2-T1)

    Qp=0,84×118,93×(25-20) 

    Qp=499,506 Kj

    Cálculo del calor absorbido por la disolución:

    Q total=Q vaso+Q agua

    Q total=499,506+2025,21

    Q total=2521,716 Kj

    Cálculo del calor absorbido por la disolución en kj/mol:

    N° Moles (mol)                   Calor absorbido (Kj)

          0,05275           ------->           2521,716

                1                      ------->                   x

    2521,716×1÷0,05275= 47805,043 Kj/mol
          

miércoles, 11 de enero de 2017

CONCLUSIONES

Desde el primer momento, nos dimos cuenta que debíamos ser muy meticulosos con el material del laboratorio y utilizar los guantes en todo momento.

También tenemos que ceñirnos a la hoja de la práctica para realizar de manera ordenada y precisa los pasos del experimento. Ahora comentaremos que tipo de proceso es  y porqué ocurre así.

Basándonos en la práctica realizada podemos afirmar que disolver  hidróxido sódico en agua es un proceso en el que se libera calor, por tanto es un proceso exotérmico, al liberarse calor, tal como mostraba el aumento de temperatura, registrado por el termómetro. 

Además al utilizar el hidróxido de sodio hemos podido saber lo peligroso que es tocarlo sin guantes ya que sin ellos sentiremos una sensación de ardor en la piel, que podría terminar en quemadura.

Otra cosa de la que nos hemos dado cuenta es que no todas las medidas tomadas son precisas ya que al hablar con otros grupos algunas no coinciden. Los errores son comunes en el laboratorio y creemos que no deben ser significativos, pues encajan en lineas generales.