REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD DEL ZULIAFACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIASDIVISIN DE ESTUDIOS BSICOS SECTORIALESDEPARTAMENTO DE QUMICA

CALOR DE NEUTRALIZACION

Presentado por:Br. Oscar PortilloC.I.: 20.862.300

Maracaibo, junio de 2015RESUMEN

La siguiente prctica se realiz con el objetivo de determinar el calor de neutralizacin de distintas reacciones cido-base mediante el uso de un calormetro adiabtico, a presin constante. Las reacciones se hicieron entre los pares de cidos y bases dbiles correspondientes a HCl 1M y NaOH 1M; HNO3 1M y NaOH 1M; HCl 1M y NH4OH 1M; CH3COOH y NaOH; CH3COOH y NH4OH. Los resultados de la entalpa de neutralizacin obtenidos para cada uno de los pares fueron: -16181,75 cal/mol; -12447,5 cal/mol; -14349,5 cal/mol; -14937 cal/mol; -14947,5 cal/mol, respectivamente. Estos datos se compararon con los valores tericos de 13680 cal/mol para las reacciones de cidos y bases fuertes y 13330 cal/mol para las de cidos y bases dbiles, y se not que ninguno coincidi con lo reportado en la literatura o no se acercaron lo suficiente. Este notable error pudo deberse a que no se midi la capacidad calorfica del calormetro, sino que se tom el valor de prcticas pasadas o a que las soluciones no fueron preparadas correctamente. Cabe destacar tambin que el proceso de neutralizacin es exotrmico y esto se indica con el signo negativo de cada uno de los valores.

INTRODUCCIN

Svante Arrhenius propuso en 1884 el concepto de cido y base que hoy en da sigue prevaleciendo, aunque con algunas mejoras, en el mbito cientfico. Arrhenius observ que cuando el cido clorhdrico HCl se disuelve en agua sus molculas se disocian de la siguiente forma:

HCl H+(aq) + Cl-(aq)

Esto lo llev a definir el carcter cido de una sustancia como aquella con la capacidad de dar iones H+ en solucin acuosa, afirmando as que un cido es un compuesto que en disolucin acuosa produce protones y una base es aquella que en medio acuoso se disocia donando iones hidroxilo. Ms tarde, en 1923, Johannes Brnsted y T.M. Lowry buscaron una definicin ms general para este fenmeno y propusieron que los cidos eran sustancias capaces de donar protones a otra molcula y las bases, de aceptarlos o quitarlos. Posteriormente, el qumico estadounidense Gilbert Newton Lewis postul en 1938 que las reacciones cido-base no solo se basan en la transferencia protnica, sino que en estas se forma un enlace covalente dativo.

Teniendo estas definiciones en cuenta, se puede decir que cuando un cido reacciona con una base ocurre una reaccin de neutralizacin en donde el cido le dona protones a la base y esta a su vez los acepta, formando as una sal y un compuesto neutro (H2O).1

Este tipo de reaccin libera una cantidad considerable de calor y la medida de este se hace a partir de los valores de entalpa de formacin de H2O y de los iones H3O+ y OH-. Entonces, el calor molar de neutralizacin se define como el calor producido cuando un equivalente mol de cido es neutralizado por una base. Este tiene un valor aproximadamente constante en las reacciones de cidos y bases fuertes debido a que en todos los casos se obtiene como producto agua2 y se puede expresar de la siguiente manera:

(1)

Donde Qrx es el Calor de la reaccin, medido por calorimetra, y n es el nmero de moles del reactivo limitante.

Cabe acotar que este fenmeno no es igual para los pares fuertes-dbiles, debido a que parte del calor generado en la neutralizacin se emplea en la disociacin del cido o base dbil, por lo que es menor al de las reacciones de cidos y bases fuertes.3

Los calores de neutralizacin pueden determinarse por medidas calorimtricas directas en una serie de disoluciones de concentraciones definidas, aumentando progresivamente la dilucin y extrapolado a dilucin infinita.4

En esta prctica se determinar la entalpa de neutralizacin en distintas reacciones cido-base y el comportamiento de sistemas cido fuerte + base fuerte, cido fuerte + base dbil, cido dbil + base fuerte, cido dbil + base dbil.

PARTE EXPERIMENTALSe verti en el calormetro 50 mL de una solucin de HCl 1M, medidos en un cilindro graduado para determinar su temperatura en el calormetro (26C). Paralelamente, se midi en otro cilindro graduado 50 mL de una solucin de NaOH 1M (26C) y se coloc junto al calormetro para esperar que ambas soluciones llegaran a la misma temperatura. Cuando estas se igualaron, se agreg rpidamente la solucin alcalina al cido, se tap el calormetro, para despus agitar la solucin y medir la temperatura final Te (31C). Por ltimo, se repiti el experimento descrito anteriormente utilizando los siguientes pares de soluciones a 1 M cada una: a HCl y NaOH (T); HNO3 y NaOH (T); HCl y NH4OH (T); CH3COOH y NaOH (T); CH3COOH y NH4OH (T) y dichas temperaturas finales para estos dos pares fue de 32,5C en ambos casos.

RESULTADOS Y DISCUSINLa capacidad calorfica del calormetro fue determinada en experiencias pasadas, siendo esta de 19,58 cal/C. Los calores de neutralizacin pueden ser determinados a travs de mediciones calorimtricas directas, a partir de clculos en serie efectuados sobre soluciones de concentraciones finitas que progresivamente se van diluyendo y extrapolando a dilucin infinita.

En la Tabla 1, se observan los resultados experimentales obtenidos para la determinacin del calor de neutralizacin para los pares de disoluciones presentes en dicha tabla. En esta tabla son reflejados los resultados de temperaturas inicial y final una vez hecha la adicin de cido y base dentro del calormetro, observndose variaciones pequeas en cuanto a la obtencin de la temperatura final (Te) de la mezcla de soluciones. Por ser este un proceso exotrmico se busca establecer diferencias en la liberacin de energa entre estos pares cido-base.Tabla 1. Volmenes y temperaturas de pares de cido-base y calor molar de neutralizacin (cido fuerte base fuerte)Soluciones (Acido/Base)VAc (mL)VBa (mL)TA (C)TB (C)Ti (C) (prom)Te (C)HNeut (cal/mol)HNeut (kcal/mol)

1HCl/NH4OH50262726,532,5-14349,5-14,349

2HCl/ NaOH4026262632,5-16181,75-16,181

3HNO3/ NaOH4025252530-12447,5-12,447

4CH3COOH/ NaOH4025,525,525,531,5-14937-14,937

5CH3COOH/ NH4OH502423,523,7530-14947,5-14,947

En la literatura se encuentra especificado que el calor molar de neutralizacin para reacciones de cidos fuertes y bases fuertes es prcticamente constante cuando 1 mol de agua se forma en la reaccin. Esto se puede explicar mediante el hecho de que los cidos y las bases fuertes se disocian por completo en sus respectivos iones cuando se encuentran en solucin acuosa lo suficientemente diluida.3

HCl (ac) + H2O (l) H3O+ + Cl- (ac)NaOH + H2O Na+ + OH-HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O(l)En estas reacciones se evidencia como los iones del HCl y de NaOH se disocian por completo en una solucin diluida. Y luego, al hacer reaccionar ambos, se obtiene en la neutralizacin una solucin solo con los iones Na+, Cl- y agua. Lo mismo sucede en el par de solucin fuerte-fuerte de HNO3 y NaOH:

HNO3 + NaOH NaNO3 + H2O

Sin embargo, los datos reportados en la Tabla 1 para los pares fuertes HCl + NaOH y HNO3 + NaOH no son constantes, sino que hay una diferencia considerable; estos valores son -16181,75 cal/mol y -12447,5 cal/mol, respectivamente. Esta diferencia se pudo deber a un error al momento de preparar las soluciones, ya que si alguna de estas se encontraba muy diluida iba a hacer falta mucho ms calor para que se formara el producto neutro y por el contrario, si alguna se encontraba muy concentrada el calor producido en la neutralizacin iba a ser menor que el tabulado.

Por otro lado, en el caso del par de cido dbil con base fuerte (CH3COOH y NaOH), se debe aclarar que por cada in H+ proveniente del CH3COOH que se neutralice con un in OH-, ms CH3COOH se ionizar en H+ y CH3COO- hasta que la neutralizacin sea completa; esta ionizacin del CH3COOH requiere calor, que se obtiene a expensas del calor que se desarrolla en la formacin de H2O.3 En otras palabras, para que ocurra la disociacin completa del cido dbil en la reaccin de neutralizacin, se necesita ms calor que si este fuera un cido fuerte. Este principio se aplica de la misma manera para los pares cido fuerte con base dbil (HCl y NH4OH) y cido dbil con base dbil (CH3COOH y NH4OH). Las reacciones para este caso son:

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O

CH3COOH + NH4OH CH3COONH4 + H2O

HCl + NH4OH H2O + NH4Cl

Por ltimo, en la Tabla 2 se tomaron los valores promedio de los obtenidos para los pares dbil-fuerte y fuerte-fuerte (expresados en la Tabla 1) de 14,744 kcal/mol y 14,314 kcal/mol y se compararon con los tabulados de 13,330 kcal/mol y 13,680 kcal/mol, respectivamente. El error absoluto obtenido fue de |-1,414| y |-0,634|, acompaado por el porcentaje de error relativo de 9,6 % y 4,42 %, el cual refleja un ndice de error alto para los pares dbiles-fuertes y uno no tan alto para los pares fuertes-fuertes y diferencias significativas entre los valores tericos y experimentales.Tabla 2. Datos estadsticos obtenidos.Calor de neutralizacin de cidos - bases fuertes

Exp (HNeut)X Te (HNeut)EAbs% Er

14,31413,680|-0,634|4,42

Calor de neutralizacin de cidos bases dbiles

Exp (HNeut)X Te (HNeut)EAbs% Er

14,74413,330|-1,414|9,6

CONCLUSIONESBasndose en los datos obtenidos y comparndolos con los reportados en la literatura (13680 cal/mol para los pares fuerte-fuerte y 13330 cal/mol para los pares fuerte-dbil), se puede inferir que hubo un porcentaje de error muy alto. Como fue especificado antes, esto pudo deberse a que se tom el valor de la capacidad calorfica del calormetro calculado en experiencias previas y se cree que en la presente prctica este cambi bruscamente ya que el recipiente interno no se encontraba en su interior. Tambin pudo deberse a un error de concentracin al momento de preparar las soluciones usadas.

Pese a esto, se pudo determinar con xito que el calor de neutralizacin es la cantidad de energa producida cuando un equivalente mol de cido es neutralizado por una base y que esto ocurre de manera exotrmica.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

1. Canales, M. Hernndez, T. Meraz, S. Pealosa, I. 1999, Fisicoqumica, Volumen 1. Editorial UNAM. Estado de Mxico, Mxico. Pg.: 196.

2. https://www.academia.edu/10222409/Laboratorio_de_fisico_calor_de_neutralizaci%C3%B3n

3. http://www2.uca.es/grup-invest/corrosion/integrado/P7.pdf

4. Hougen; Watson; Ragatz, 2006, Principios de los procesos qumicos, editorial revert, Barcelona- Espaa, Pgs.: 329-330.ANEXOS

1. Clculo experimental de la entalpa de neutralizacin:

Calor de neutralizacin para HCL + NaOH:

Calor de neutralizacin para HCl + NH4OH:

Calor de neutralizacin para HNO3 + NaOH:

Calor de neutralizacin para CH3COOH + NaOH:

Calor de neutralizacin para CH3COOH + NH4OH: