Medición del cambio de entalpía

La técnica experimental conocida como calorimetría se utiliza para evaluar la entalpía y la energía interna en la mayoría de los casos. La calorimetría se basa en métodos termométricos que se llevan a cabo en un calorímetro que se sumerge en un volumen conocido de líquido. El calor liberado durante el proceso generalmente se calcula utilizando las capacidades caloríficas conocidas del líquido y los cambios de temperatura medidos por el calorímetro.

¿Qué es la entalpía?

La entalpía, o energía térmica, se libera o absorbe durante las reacciones químicas. La H indica cuánta energía se libera o se absorbe. H representa el cambio de entalpía, donde delta representa el cambio y los julios o kilojulios se utilizan como unidades.

En química, la entalpía se define como la suma de la energía interna del sistema. Durante una reacción química, hay un cambio de energía interna, y este cambio se puede cuantificar como entalpía. 

Para determinarlo, utilice la siguiente expresión:

H = U + VP

dónde,

• H = Entalpía
• U = Energía Interna
• P = Presión de un sistema
• V = Volumen de un sistema

La energía de un sistema se refiere a su energía interna y la energía necesaria para mantener un volumen constante a una presión dada. PV se refiere al trabajo requerido para hacer espacio para el sistema en el medio ambiente.

Medición del cambio de entalpía

Los cálculos que utilizan un calorímetro de presión constante (un instrumento que se usa para detectar cambios en la entalpía durante los procesos químicos a presión constante) ofrecen una medición directa de la entalpía delta h ya que H se expresa como el flujo de calor a presión constante. Esta configuración es muy adecuada para estudiar las reacciones que tienen lugar en una solución a una presión atmosférica constante. Una versión para «estudiantes» conocida como calorímetro de taza de café se encuentra regularmente en los laboratorios de química general. Los calorímetros comerciales también funcionan con un concepto similar. Todavía se pueden usar con soluciones de menor volumen, ya que tienen un mayor aislamiento térmico y pueden detectar cambios de temperatura tan pequeños como ^10-6 grados Celsius.

La relación entre ΔHrn y el calor es:

ΔH _r×n = q _r×n = -q _calorímetro = -mC _s ΔT

∴ ΔH _r×n = -mC _s ΔT

El calorímetro de taza de café es una variante simple de un calorímetro de presión constante que se construye con dos vasos de espuma de poliestireno anidados que están sellados con un tapón aislado para mantener el instrumento térmicamente aislado del medio ambiente. Uno de los orificios del tapón se usará para el agitador, que mezclará los reactivos, y el otro se usará para el termómetro, que se usará para calcular la temperatura.

Para una mejor comprensión de cómo calcular el cambio de entalpía, observe el siguiente ejemplo.

En un calorímetro de taza de café, se disuelven 5,03 g de hidrrust de potasio sólido en 100,0 ml de agua destilada y la temperatura del líquido aumenta de 23,0 a 34,7 grados centígrados. La densidad media del agua en este rango de temperatura es de 0,9969 g/cm ³ . ¿Cuál es la entalpía delta h en kilojulios por mol? Suponga que el calorímetro absorbe solo una pequeña cantidad de calor y que el calor específico de la solución es el mismo que el del agua pura debido al enorme volumen de agua.

entalpía de reacción

• Entalpía de disociación de enlace : La cantidad de energía necesaria para romper los enlaces entre moléculas de un mol se conoce como entalpía de disociación de enlace. Se detalla mol por mol.
• Entalpía de combustión : Cuando un mol de una sustancia arde en presencia de oxígeno, la entalpía de combustión es la cantidad de calor emitido o absorbido.
• Entalpía de formación : cuando se genera un mol de un compuesto a partir de sus elementos componentes en sus formas elementales habituales, la entalpía de producción es la cantidad de calor emitido o absorbido.
• Entalpía de atomización : La cantidad de energía requerida para convertir cualquier material en átomos gaseosos se conoce como entalpía de atomización. Se expresa como un número de moles de átomos gaseosos.
• Entalpía de sublimación : La cantidad de calor requerida para convertir un mol de una sustancia de un estado sólido a gaseoso en STP se llama entalpía de sublimación.
• Entalpía de transición de fase : cuando ocurre una transición de fase de una fase a otra, la entalpía de transición de fase es una entalpía estándar que se libera o se absorbe.
• Entalpía de ionización : La cantidad de energía necesaria para que un átomo gaseoso aislado pierda un electrón en su estado fundamental se conoce como entalpía de ionización.
• La entalpía de la solución : Cuando un mol de una sustancia se disuelve en exceso de un solvente, la cantidad de calor generado o absorbido se llama entalpía de la solución (generalmente agua).
• Entalpía diluida : el cambio de entalpía asociado con la dilución de un componente en una solución a presión constante se denomina entalpía de dilución. Se define como energía por unidad de masa o cantidad de sustancia.

Técnica detallada para determinar el cambio de entalpía de una solución de sulfato de cobre (II) anhidro.

• Pesar entre 3,90 g y 4,10 g de sulfato de cobre (II) anhidro en un recipiente de pesaje seco. Es fundamental realizar un seguimiento del peso exacto.
• Coloque 25 cm ^{3 de} agua desionizada en un vaso de poliestireno con una pipeta volumétrica y registre la temperatura al inicio (t=0), luego inicie el cronómetro y registre la temperatura cada minuto mientras agita el líquido constantemente.
• Durante el cuarto minuto, mezcle inmediatamente el sulfato de cobre (II) anhidro en polvo con el agua en el vaso de poliestireno, pero no registre la temperatura. Vuelva a pesar la botella de pesaje después de llenarla.
• Cada minuto, revuelve la solución en el vaso de poliestireno y registra la temperatura hasta que hayan pasado 15 minutos.
• Haz un gráfico de la temperatura (en el eje y) frente al tiempo. Dibuja dos rectas de mejor ajuste independientes, una que conecte los puntos antes de la suma y otra que una los puntos después de la suma, para extrapolar ambas rectas al cuarto minuto.
• Calcula el cambio de temperatura en el cuarto minuto que, según tu gráfico, debería haber ocurrido inmediatamente después de agregar el sólido.
• Usando q = m × c _p × ΔT Calcule el cambio de energía = 20 × 4.18 × ΔT
• Divida q por el número de moles de sulfato de cobre (II) anhidro en masa agregados para obtener la _solución ΔH .

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Cómo medir el cambio de entalpía?

Responder:

Es imposible calcular la entalpía absoluta de un sistema directamente. Como resultado, se calcula la entalpía alrededor de un punto de referencia. Como resultado, solemos calcular el cambio de entalpía. Las reacciones endotérmicas tienen un cambio de entalpía positivo, mientras que las reacciones exotérmicas tienen un cambio de entalpía negativo. En el laboratorio, se utilizan técnicas de calorimetría para medir el cambio de entalpía. El cambio de entalpía se define como el cambio de calor a presión constante, que es ΔH= q _p . El cambio de entalpía se calcula con frecuencia utilizando un «calorímetro de taza de café». El vaso se llena parcialmente con un volumen conocido de agua y se coloca un termómetro a través de la tapa del vaso de modo que el bulbo quede debajo de la superficie del agua.

ΔH= q pags = metro _× c _pags × ΔT

dónde,

• m = masa de agua,
• c _p = capacidad calorífica específica del agua a presión constante
• ΔT = diferencia de temperatura

Pregunta 2: ¿Qué es un cambio en la entalpía?

Responder:

La cantidad de calor emitido o absorbido en una reacción bajo presión constante se denomina cambio de entalpía.

Pregunta 3: ¿Qué significa la entalpía en la vida real?

Responder:

Los calentadores de manos y los refrigeradores emplean cambios de entalpía. Los refrigeradores evaporan refrigerantes como el freón. La entalpía de vaporización es igual a la frialdad del alimento.

Pregunta 4: Explique brevemente la calorimetría de llama para medir las entalpías de combustión.

Responder:

La calorimetría se puede utilizar para determinar las entalpías de combustión. Por lo general, el combustible se quema y la llama se usa para calentar agua en una taza de metal.

• Antes y después de la misa del quemador de alcohol
• La temperatura del agua fluctúa.
• La cantidad de líquido en la taza.

Pregunta 5: Explique tres entalpías de reacciones.

Responder:

1. Entalpía de disociación de enlace : La cantidad de energía necesaria para romper los enlaces entre moléculas de un mol se conoce como entalpía de disociación de enlace. Se detalla mol por mol.
2. Entalpía de atomización : La cantidad de energía requerida para convertir cualquier material en átomos gaseosos se conoce como entalpía de atomización. Se expresa como un número de moles de átomos gaseosos.
3. Entalpía de sublimación : La cantidad de calor requerida para convertir un mol de una sustancia de un estado sólido a gaseoso en STP se llama entalpía de sublimación.

Pregunta 6: ¿Cuál es la relación entre la entalpía y la energía interna?

Responder:

El cambio de energía interna de un sistema es la suma de la transmisión de calor y el trabajo realizado. La energía interna y el flujo de calor están relacionados con la entalpía de un sistema a presión constante.