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Determinación del calor de
combustión de sustancias
orgánicas
Determinación del Calor de Combustión
Introducción
La termoquímica es la parte de la fisicoquímica que estudia los efectos térmicos que ocurren en las reacciones químicas. El conocimiento de la magnitud de dichos efectos es importante, debido a que son indispensables en los cálculos termodinámicos. En la práctica, el principal problema estriba en la determinación de los efectos térmicos de reacciones químicas u otros procesos, en los cuales se lleva a cabo un desprendimiento o una absorción de calor (disolución de una sal, adsorción, cristalización, cambio de fase, etc.).
Las determinaciones se realizan con instrumentos especiales denominados calorímetros (ó bombas calorimétricas), donde se mide la variación de temperatura, ocasionada por el calor desprendido o absorbido durante el proceso que se lleva a cabo en él. Un calorímetro es un recipiente que se encuentra aislado del medio ambiente por medio de una cubierta adiabática.
Objetivo
Determinar el calor de combustión de sustancias orgánicas.
Metodología Experimental
La sustancia a la cual se le va a determinar el calor de combustión se pulveriza por medio de un mortero y, el polvo obtenido se introduce en una cápsula de gelatina (sin pigmento), tratando de compactarlo lo más posible. Se pesa aproximadamente 10 cm de alambre fundible especial para calorimetría, y se une por su parte central a la cápsula con muestra de tal forma que se garantice contacto continuo durante el experimento. Se abre la bomba calorimétrica y se pone el recipiente porta muestra (previamente lavado con agua destilada y secado) en el vástago. Los extremos del alambre con la muestra se sujetan en los vástagos correspondientes, de tal forma que la cápsula cuelgue sobre la taza 1, sin que ésta y el alambre toquen los bordes de la taza, conectando un voltímetro a los bornes. En el vaso F de la bomba se vierte 10 ml de agua destilada. Se pone la tapa de la bomba y se gira manualmente hasta cierre hermético. Se proporciona la bomba al profesor para que la llene de oxígeno hasta
una presión de 12 atm, purgando previamente el aire que ésta contiene. Se introduce la bomba en el calorímetro de agua E y se adiciona una cantidad conocida de agua, de tal forma que cubra el borde superior de la bomba. Se conecta la fuente de corriente a los bornes, se introduce el agitador mecánico y el termómetro digital, vigilando que queden sumergidos en el agua y sin contacto con la bomba o las paredes del recipiente E.
Períodos del Experimento Calorimétrico
a) Período Inicial: Es el período que precede a la combustión y sirve para observar el intercambio de calor del sistema calorimétrico con el medio que lo rodea, en las condiciones de la temperatura inicial del experimento. b) Período Principal: En el transcurso de este período se efectúa la combustión de la muestra, el intercambio de calor desprendido en ésta con el calorímetro y la igualación de la temperatura de todas las partes del sistema calorimétrico. c) Período Final: En esta fase, el incremento de temperatura se hace cada vez más lento, hasta estabilizarse o inclusive bajar, por lo cual los intervalos de tiempo entre cada lectura se vuelven a tomar cada 30 segundos.
Cálculos e Introducción de Correcciones
Para calcular el aumento de temperatura en el experimento calorimétrico, es necesario introducir las siguientes correcciones: a) Corrección a las indicaciones del termómetro b) Corrección por el intercambio de calor con el medio c) Corrección por el calor de fusión del alambre de hierro d) Corrección por la formación de ácidos
La corrección por la formación de ácidos se realiza mediante la titulación de las aguas de lavado de la bomba calorimétrica con una solución 0.1N de hidróxido de sodio.
Determinación de la Constante Calorimétrica C
El método estándar para la determinación de la constante calorimétrica es el de la combustión en la bomba calorimétrica de una sustancia patrón, que es el ácido benzoico. El calor de combustión de 1 g de ácido benzoico pesado en el aire es igual a 6329 cal.
Resultados y Discusión
Se presenta un ejemplo de cálculo del calor de combustión del ácido benzoico, utilizando los datos obtenidos en el experimento.
¿Cuál es la composición de los gases de la bomba después de la combustión del ácido benzoico? No se especifica la composición de los gases.
¿Cuáles pueden ser las causas principales de un falso contacto en el circuito usado para la combustión? Porque los alambres se pudieron cruzar al cerrar la tapa o estos tocaron las paredes del recipiente o de la bomba.
¿En qué períodos se divide el experimento calorimétrico y los procesos fundamentales que se efectúan en cada uno de ellos?
Primer período: La temperatura del sistema se iguala con la del medio que le rodea. Segundo período: Sucede la combustión y ocurre el intercambio de calor.
Tercer período: El incremento de temperatura se hace más lento, incluso pudiendo disminuir.
¿Qué criterio se toma para determinar el final del período principal y el principio del final? Cuando ya no hay cambio de temperatura en varias lecturas.
¿Cuáles son las correcciones principales que se deben hacer al determinar el calor de combustión de una sustancia?
Corrección a las indicaciones del termómetro Corrección por el intercambio de calor con el medio Corrección por el calor de fusión del alambre
Corrección por la formación de ácidos
¿Cómo determinaría el calor de combustión de una muestra sólida conociendo la constante del calorímetro, por ejemplo C (grafito)? Con la diferencia de temperaturas.
¿Qué características debe tener el alambre de hierro que se usa en la combustión? Tiene que tener un peso y largo indicado y tiene que ser para calorimetría.
¿Se pueden encontrar los calores de combustión de C (Grafito) y H₂ (gas) por calorimetría? Sí, se pueden encontrar los calores de combustión utilizando las tablas de calores de formación:
C(grafito) + O₂(g) → CO₂(g) ΔHºf = 0
H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(l) ΔHºf = -286 kJ/mol
¿Se puede calcular la energía que proporcionan los compuestos al organismo, determinando su calor de combustión? Sí, se podría calcular realizando el experimento de cada uno de los compuestos.
