UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORAInstituto de Cincias ExatasDepartamento de QumicaCurso de Licenciatura em Qumica Distncia

Relatrio da Aula Prtica N 02

Determinao da Entalpia de Reaes de Neutralizao

Abril 2015Introduo

A reao entre um cido e uma base chamada de reao de neutralizao e o composto inico produzido na reao chamado sal. A forma geral de uma reao de neutralizao de um cido forte por uma base forte em gua :

cido + base sal + gua

O resultado de qualquer reao de neutralizao entre um cido forte e uma base forte em gua a formao de gua a partir de ons hidrnio e ons hidrxidos.

H+ (aq) + Cl- (aq) + Na+ (aq) + OH- (aq) Na+ (aq) + Cl- (aq) + H2O (l)

Esta reao ocorre com desprendimento de calor, ou seja, exotrmica. O valor deste calor obtido experimentalmente para 1,0 mol de cido o prprio H de neutralizao (variao de entalpia de neutralizao). Por se tratar de uma reao exotrmica H< 0.

Os ons comuns a ambos os lados se cancelam e a reao inica simplificada :H+ (aq) + OH- (aq) H2O (l)

Quando escrevemos a equao inica simplificada da neutralizao de um cido fraco ou uma base fraca, temos de usar a forma molecular do cido ou base fracos, que a espcie dominante em soluo. Assim, escrevemos a equao inica simplificada da reao do cido forte HCl com a base fraca NH4OH em gua como:

H+ (aq) + NH4OH (aq) NH4+ (aq) + H2O (l)

Entretanto em se tratando de reao com cido ou base fraca, alm do efeito trmico devido neutralizao existe o efeito trmico devido ionizao. Os valores obtidos experimentalmente correspondem neste caso aos valores de neutralizao e de ionizao.Em uma reao de neutralizao em gua, um cido reage com uma base para produzir um sal e gua. O resultado da reao entre solues de um cido forte e uma base forte a formao de gua a partir de ons hidrnio e ons hidroxila. (Peter Atkins, Loretta Jones, 2006, p.91).De 1882 a 1886, Julius Thomsen publicou dados de entalpias de neutralizao de cidos e bases. Esse pesquisador verificou que a entalpia de neutralizao de um cido forte por uma base forte em soluo diluda era praticamente constante e igual a - 57,7 kJ.mol-1, a 25C.Esse resultado e alguns dados de condutividade conduziram Svante Arrhenius a propor, em 1887, uma nova teoria para o comportamento das solues eletrolticas. Esse sugeriu que na soluo existe um equilbrio entre as molculas no dissociadas do soluto e os ons que delas provm pela dissociao eletroltica. Os cidos e as bases fortes sendo quase que totalmente dissociados, sua interao era, em todos os casos, equivalente a H+ (aq) + OH- (aq) H2O (l), explicando assim a constncia do valor da entalpia de neutralizao dos mesmos.Assim sendo, a entalpia de neutralizao pode ser definida como o calor liberado durante a neutralizao de uma soluo diluda de cido por uma soluo diluda de base. Essa entalpia de neutralizao sempre igual a -55,84 kJ.mol-1, a 25C.A termoqumica o estudo do calor produzido ou consumido nas reaes qumicas. Trata-se de um ramo da termodinmica, pois o vaso da reao e seu contedo constituem um sistema e as reaes qumicas provocam trocas de energia entre o sistema e as suas vizinhanas. Ento podemos usar a calorimetria para medir o calor produzido ou absorvido numa reao e identificar q variao de entalpia da reao presso constante. (Peter Atkins, Julio de Paula, 2003, p.55).Reaes de neutralizao so, em geral, exotrmicas. Um processo dito exotrmico quando este cede energia na forma de calor para o ambiente. Quando um processo exotrmico ocorre num sistema com fronteiras diatrmicas, h liberao de calor para as vizinhanas (parte do universo vizinha ao sistema de onde se faz as observaes ou medidas). Quando um processo exotrmico ocorre num sistema com fronteiras adiabticas, a temperatura do sistema se eleva. A variao de entalpia de um processo exotrmico negativa, uma vez que, a entalpia dos produtos menor que o a entalpia dos reagentes. Um exemplo de processo exotrmico a reao de combusto. A entalpia de uma determinada reao calculada mediante as entalpias de formao das substncias em questo, e de acordo com a expresso:

Sendo a entalpia de formao das substncias.A medio do calor envolvido em uma mudana de estado chamada de uma medio calorimtrica e o instrumento usado nessa medio chamado de calormetro. Calormetros so utilizados para medir os calores das reaes, de mudanas de estados fsicos e de capacidades trmicas.Neste experimento iremos determinar as entalpias de neutralizao resultantes da reao de um cido forte (HCl) com uma base forte (NaOH) e do HCl com o NH4OH, uma base fraca. Essas medidas sero feitas utilizando um calormetro adiabtico simples, j calibrado previamente.

Objetivo

Determinar entalpia de reaes qumicas por mtodos calorimtricos. Ter noo da ordem de grandeza dos calores de neutralizao. Compreender os fatores que determinam as estabilidades de ons em solues aquosas e suas influncias no valor dos calores de neutralizao.

Materiais e Reagentes

01 porta garrafa trmico de isopor de 250 mL de volume com tampa (calormetro); 02 termmetros analgicos com preciso de 0,1C; 02 Beckers de 250 mL; 02 provetas de 100 mL; Solues 0,25 mol.L-1 de cido clordrico, 0,25 mol.L-1 de hidrxido de sdio e 0,25 mol.L-1 de hidrxido de amnio.

Procedimento Experimental

A) Determinando o calor de neutralizao de uma reao de um cido forte (HCl) por uma base forte (NaOH).1. Mediu-se em proveta, 100 mL da soluo 0,25 mol.L-1 de hidrxido de sdio e, munido de um termmetro com preciso de 0,1C, verificou-se a temperatura da soluo em intervalos de 30 s at que seis indicaes iguais fossem observadas. Anotou-se a temperatura inicial da base, .2. Transferiu-se cerca de 10 mL da soluo 0,25 mol.L-1 de cido clordrico para o calormetro molhando totalmente a sua parede interna com o objetivo de fazer o ambiente do mesmo, desprezando a soluo adicionada em um bquer auxiliar.3. Mediu-se em proveta, 100 mL da soluo 0,25 mol.L-1 de cido clordrico, transferiu-se para o calormetro j calibrado previamente e, munido de um termmetro com preciso de 0,1C, com o calormetro fechado, verificou-se a temperatura da soluo em intervalos de 30 s at que seis indicaes iguais fossem observadas. Anotou-se a temperatura inicial do cido, .4. Transferiu-se os 100 mL da soluo de 0,25 mol.L-1 de hidrxido de sdio da proveta para o calormetro contendo a soluo de 0,25 mol.L-1 de cido clordrico, tampando-o e registrando a temperatura da mistura em intervalos de 30 s at que seis indicaes iguais fossem observadas.5. Anotou-se a temperatura estabilizada da mistura das duas solues, indicando a temperatura final do experimento, .6. Descartou-se o contedo do calormetro aps o trmino do experimento na pia.

B) Determinando o calor de neutralizao de uma reao de um cido forte (HCl) por uma base fraca (NH4OH).1. Mediu-se em proveta, 100 mL da soluo 0,25 mol.L-1 de hidrxido de amnio e, munido de um termmetro com preciso de 0,1C, verificou-se a temperatura da soluo em intervalos de 30 s at que seis indicaes iguais fossem observadas. Anotou-se a temperatura inicial da base, .2. Transferiu-se cerca de 10 mL da soluo 0,25 mol.L-1 de cido clordrico para o calormetro molhando totalmente a sua parede interna com o objetivo de fazer o ambiente do mesmo, desprezando a soluo adicionada em um bquer auxiliar.3. Mediu-se em proveta, 100 mL da soluo 0,25 mol.L-1 de cido clordrico, transferiu-se para o calormetro j calibrado previamente e, munido de um termmetro com preciso de 0,1C, com o calormetro fechado, verificou-se a temperatura da soluo em intervalos de 30 s at que seis indicaes iguais fossem observadas. Anotou-se a temperatura inicial do cido, .4. Transferiu-se os 100 mL da soluo de 0,25 mol.L-1 de hidrxido de amnio da proveta para o calormetro contendo a soluo de 0,25 mol.L-1 de cido clordrico, tampando-o e registrando a temperatura da mistura em intervalos de 30 s at que seis indicaes iguais fossem observadas.5. Anotou-se a temperatura estabilizada da mistura das duas solues, indicando a temperatura final do experimento, .Resultados e Discusso

Os calores de neutralizao podem ser calculados pela diferena entre entalpias de formao dos produtos e reagentes (observando a estequiometria correta) da reao qumica desejada:

Utilizando a frmula acima e os valores de calores de formao apresentados na Tabela 1, foram determinadas as entalpias de neutralizao tericas para as reaes do HCl com NaOH e HCl com NH4OH, 25C.

Tabela 1 Calores de formao (f H) para solues 1,0 mol.L-1 temperatura de 25C e presso 1 atm.Substncia (kJ.mol-1)

H2O-285,8

HCl-167,4

NaOH-469,4

NH4OH-362,3

NaCl-407,1

NH4Cl-299,6

Entalpia de Neutralizao de um cido forte com uma base forte:

HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H2O (l)

Entalpia de neutralizao de um cido forte com uma base fraca:

HCl (aq) + NH4OH (aq) NH4Cl (aq) + H2O (l)

De posse da capacidade trmica mdia do calormetro, C = 43,69 J.(C1).g-1, determinada previamente, o valor experimental do calor de neutralizao obtido a partir de medidas de temperaturas antes e depois da reao.Pela relao de conservao de energia, a energia liberada na forma de calor de reao de neutralizao qreao no interior de um calormetro adiabtico igual ao calor qcal transferido para aquecer a soluo aquosa do sal formado e o calor qsol,sal utilizado para aquecer as paredes interiores do calormetro:

qreao = qsol,sal + qcal[1]

Utilizando a expresso operacional do clculo de calor, escrevemos:

qreao = msol,sal csol,sal [Tf (Tia + Tib) 2] + C(Tf Tia)[2]

sendomsol,sal = massa da soluo de sal formadacsol,sal = capacidade trmica especfica da soluo de sal formadaC = capacidade trmica do calormetroTia = temperatura inicial do cidoTib = temperatura inicial da baseTf = temperatura final da misturaPara a soluo do cloreto de sdio, a 25C, a sua densidade 1,005 g.mL1 e capacidade trmica especfica 4,1 J.C1. Para a soluo de cloreto de amnio, a 25C a sua densidade 1,02 g.mL1 e capacidade trmica especfica 3,97 J.C1. Para essas solues, esses valores no diferem muito da densidade e da capacidade trmica especfica da gua pura. Desta forma, como uma boa aproximao, utilizamos a massa das solues formadas como sendo 200 g e a capacidade trmica especfica da gua 4,184 JC1.O calor obtido para a neutralizao de quantidades equimolares, 0,25 mol de cido clordrico e hidrxido de sdio. Para um mol de reagentes, multiplicamos por quatro o resultado obtido para a reao na equao 2. Finalizando, tendo em vista que a reao se processa a uma presso constante, o calor da reao medido ir corresponde a uma variao (em unidades de energia por mol) de entalpia de reao, isto :

rH = 4 x qreao[3]

O sinal negativo includo na expresso acima atende conveno termodinmica que processos exotrmicos ocorrem com uma troca de calor negativo do sistema para as vizinhanas.A) Clculo do calor de neutralizao de uma reao de um cido forte (HCl) por uma base forte (NaOH).

Tabela 2 - Temperaturas experimentais determinadas com cido forte (HCl) e base forte (NaOH)Tia (C)Tib (C)Tf (C)

2625,531

Substituindo-se os valores encontrados na equao 2:

qreao = 200 g 4,184 JC1 [31 (26 + 25,5)C 2] + 43,69 J.(C1).g-1(31 26)C

qreao = 8358,75 J

Calculou-se ento a variao (em unidades de energia por mol) de entalpia de reao, utilizando a equao 3:

rH = 4 x ( 8358,75 J)

rH = 33435 J.mol-1 = 33,435 kJ.mol-1

B) Clculo do calor de neutralizao de uma reao de um cido forte (HCl) por uma base fraca (NH4OH).

Tabela 3 - Temperaturas experimentais determinadas com cido forte (HCl) e base fraca (NH4OH)Tia (C)Tib (C)Tf (C)

25,52529

Substituindo-se os valores encontrados na equao 2:

qreao = 200 g 4,184 JC1 [29 (25,5 + 25)C 2] + 43,69 J.(C1).g-1(29 25,5)C

qreao = 8842,685 J

Calculou-se ento a variao (em unidades de energia por mol) de entalpia de reao, utilizando a equao 3:

rH = 4 x ( 8842,685 J)

rH = 35371 J.mol-1 = 35,371 kJ.mol-1As entalpias de neutralizao tericas obtidas para as reaes do HCl com NaOH e HCl com NH4OH, 25C, o calor de reao de neutralizao e os valores de variao de entalpia de reao determinados experimentalmente so apresentados na Tabela 4.Tabela 4 Valores de rH torico, qreao e rH experimental.ReaesrH (kJ.mol-1)qreao (J)rH (kJ.mol-1)

HCl + NaOH 56,1 8358,75 33,435

HCl + NH4OH 55,7 8842,685 35,371

Com os dados apresentados na Tabela 4, podemos calcular o erro relativo percentual experimental, conforme a seguir:

cido forte (HCl) com base forte (NaOH):

56,1 kJ.mol-1_______100%

33,435 kJ.mol-1_______X

X = 59,6 100 = 40,4%

cido forte (HCl) com base fraca (NH4OH):

55,7 kJ.mol-1_______100%

35,371 kJ.mol-1_______X

X = 63,5 100 = 36,5%

Analisando os clculos apresentados, observamos um erro de elevada discrepncia do valor determinado experimentalmente em relao ao valor terico obtido do calor de neutralizao entre um cido forte (HCl) e uma base forte (NaOH), que conforme a teoria relata, o rH de 56,1 kJ.mol-1, sendo que o valor de rH encontrado experimentalmente foi de 33,435 kJ.mol-1. O mesmo pode ser observado no valor terico obtido e o valor determinado experimentalmente do calor de neutralizao entre um cido forte (HCl) e uma base fraca (NH4OH), rH = 55,7 kJ.mol-1 e rH = 35,371 kJ.mol-1, respectivamente.Possveis erros nas medies das temperaturas podem ter contribudo para os resultados determinados experimentalmente, provenientes do calormetro no ser totalmente adiabtico, ocorrendo assim, trocas de calor com o meio exterior. Para que o calormetro fosse mais eficiente deveria ter paredes duplas e espelhadas entre as que se faz o vcuo para minimizar mais ainda as perdas de calor tanto por conduo como por irradiao.Outro fato que possivelmente interferiu nos resultados experimentais, se deve s concentraes das solues aquosas utilizadas no serem padronizadas e os reagentes utilizados no preparo das solues estarem contaminados e/ou vencidos. Alm disso, erros nas imprecises das vidrarias e equipamentos utilizados, tambm podem ser observados, porm esses erros no justificam essa discrepncia.Concluso

Embora os valores determinados nos experimentos no tenham sido os esperados, pois diferem muito dos valores tericos, este experimento propicia uma boa visualizao do efeito do calor de neutralizao.Os calores de reao gerados pelas reaes qumicas podem ser determinados experimentalmente atravs do acompanhamento da variao da temperatura num calormetro.Nas diversas medies de temperatura em que se fez necessrio ler o termmetro constituinte do calormetro, pode ter havido perda de calor pelo fato de que o termmetro e a tampa eram levemente deslocados, para melhor visualizao da temperatura.Os resultados determinados experimentalmente de rH = 33,435 kJ.mol-1 e rH = 35,271 kJ.mol-1, ficaram muito aqum dos valores tericos, rH = 56,1 kJ.mol-1 e rH = 55,7 kJ.mol-1, para a reao entre um cido forte e uma base forte e para a reao entre um cido forte e uma base fraca, respectivamente. Considerando que o erro relativo obtido para o experimento cido forte/base forte foi de 40,4% e do cido forte/base fraca foi de 36,5%.Houve influncia negativa no resultado, pois os reagentes utilizados na experincia no estavam padronizados, ou seja, no tendo a sua concentrao conhecida.Esperar-se-ia resultado superior no caso contrrio, desconsiderando apenas erros atribudos a eventuais perdas de energia durante o acompanhamento das temperaturas no calormetro, bem como outras fontes anteriormente citadas.

Referncias Bibliogrficas

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ASSUMPO, M. H. M. T.; WOLF, L. D.; BONIFCIO, V. G.; FATIBELLO-FILHO O.Construo de um Calormetro de Baixo Custo para a Determinao de Entalpia deNeutralizao. Ecltica qumica. v. 35, n. 2, p. 63-69, 2010.