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REAZIONI ESOTERMICHE ED ENDOTERMICHE

chimica


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REAZIONI ESOTERMICHE ED ENDOTERMICHE

RELAZIONE #1 DI CHIMICA

REAZIONI ESOTERMICHE ED ENDOTERMICHE

2) Scopo: Verificare se si ha sviluppo o assorbimento di calore quando avviene la solubilizzazione di un composto, o avviene una reazione chimica, ovvero, verificare se una data reazione esotermica o endotermica.



3) Strumenti & Reagenti:

Strumenti: Vaso di DeWar (anche detto impropriamente Thermos, la portata sicuramente maggiore i 100 ml), comprendente un vassoio forato su cui mettere i componenti solidi e un agitatore; Termometro (S = 0.1 C, P = 100,0 C); Cilindo graduato (S = 0.001 l, P = 0.050 l); Becker (S = 0.010 l, P = 0.100 l); Spruzzetta; Spatola; Bilancia (S = 0.00002 g; P = 0.500000 Kg).

Reagenti: Acqua distillata H2O; Idrossido di Sodio Na(OH) allo stato solido; Idrossido 151c28b di Sodio Na(OH) 1M, allo stato liquido; Acido Cloridrico HCl 1M; Idrossido di Sodio Na(OH) 2M; Acido Cloridrico HCl 2M; Nitrato d'Ammonio NH(NO); Carbonato di Potassio KCO 2M; Cloruro di Magnesio MgCl 2M.

4)Metodologia Operativa

Reazioni Esotermiche

Test 1: Nel vaso di DeWar, versare 100 ml di HO distillata (di cui si precedentemente controllata la temperatura T), quindi aggiungere 5 g (pesati precedentemente con la bilancia) di Na(OH) allo stato solido. Sigillare il coperchio, inserire il termometro nell'apposito foro, favorire la reazione agitando con l'agitatore. Monitorare la temperatura, quindi annotare il valore massimo raggiunto dalla colonnina di mercurio T e calcolare il calore ceduto.

Test 2: Nel vaso di DeWar, versare 30 ml di Na(OH) 1M allo stato liquido (di cui si precedentemente controllata la temperatura T) e 30 ml di HCl 1M (sempre controllando la temperatura T). Sigillare il coperchio, inserire il termometro nell'apposito foro, favorire la reazione agitando con l'agitatore. Monitorare la temperatura, quindi annotare il valore massimo raggiunto dalla colonnina di mercurio T e calcolare il calore ceduto.

Test 3: Nel vaso di DeWar, versare 30 ml di Na(OH) 2M allo stato liquido (di cui si precedentemente controllata la temperatura T) e 30 ml di HCl 2M (sempre controllando la temperatura T). Sigillare il coperchio, inserire il termometro nell'apposito foro, favorire la reazione agitando con l'agitatore. Monitorare la temperatura, quindi annotare il valore massimo raggiunto dalla colonnina di mercurio T e calcolare il calore ceduto.

Reazioni Endotermiche

Test 1: Nel vaso di DeWar, versare 100 ml di HO distillata (di cui si precedentemente controllata la temperatura T), quindi aggiungere 5 g (pesati precedentemente con la bilancia) di NH(NO) allo stato solido. Sigillare il coperchio, inserire il termometro nell'apposito foro, favorire la reazione agitando con l'agitatore. Monitorare la temperatura, quindi annotare il valore massimo raggiunto dalla colonnina di mercurio T e calcolare il calore ceduto.

Test 2: Nel vaso di DeWar, versare 30 ml di KCO 2M allo stato liquido (di cui si precedentemente controllata la temperatura T) e 30 ml di MgCl 2M (sempre controllando la temperatura T). Sigillare il coperchio, inserire il termometro nell'apposito foro, favorire la reazione agitando con l'agitatore. Monitorare la temperatura, quindi annotare il valore massimo raggiunto dalla colonnina di mercurio T e calcolare il calore ceduto.

Formule e Reazioni:

Calore Q (KJ) = CS (J/Kg ∙K) ∙ m (Kg) ∙ ∆T (K) ; ∆T (K) = T (K) - T (K)

Reazioni avvenute:

H2O (l) + Na(OH) (s) Soluzione opaca Na(OH) + H2O

Na(OH) (l) + HCl (l) NaCl + H2O, il sale si scioglie in Acqua

HO + NH(NO) Soluzione opaca HO + NH(NO)

KCO + MgCl 2 KCl + Mg(CO3), entrambi si sciolgono in Acqua

5). Raccolta Dati

T1 (Kelvin)

T2 (Kelvin)

∆T (Kelvin)

Calore Spec. J/Kg ∙K

Massa (Kg)

Calore (KJ)

Test 1 (Esot.)

295.9 K

306.4 K

10.5 K

4186 J/Kg ∙K

0.105 Kg

4615.1 KJ (Q -)



Test 2 (Esot.)

297.4 K

303.6 K

6.3 K

4186 J/Kg ∙K

0.06 Kg

1582.3 KJ (Q -)

Test 3 (Esot.)

295.8 K

307.2 K

11.6 K

4186 J/Kg ∙K

0.06 Kg

2913.5 KJ (Q -)

Test 1 (Endo.)

295.6 K

293.0 K

2.6 K

4186 J/Kg ∙K

0.105 Kg

1142.8 KJ (Q +)

Test 2 (Endo.)

295.4 K

294.2 K

1.2 K

4186 J/Kg ∙K

0.06 Kg

301.4 (Q +)

Reazioni Esotermiche:

Test 1: H2O (l) + Na(OH) (s) Soluzione opaca Na(OH) + H2O

Massa Totale: 0.005 Kg + (0.1 l ∙ 1 Kg/l) = 0.1 Kg

Conversione T1 da C a Kelvin: 22.9 C + 273 = 295.9 K

Conversione T2 da C a Kelvin: 33.4 C + 273 = 306.4 K

∆T (Kelvin) (T - T): 306.4 K - 295.9 K = 10.5 K

Calore ceduto all'ambiente: 4186 J/Kg ∙K ∙ 0.005 Kg ∙ 10.5 K = 4615.1 KJ (Q -)

-- Osservazioni: la temperatura della soluzione aumentata molto rapidamente, fino a stabilizzarsi sui 33.4 C. Toccandolo, il vaso di DeWar era caldo. Svuotando il Thermos, si inoltre notato che la soluzione si era opacizzata: da questo si dedotto che l'Na(OH) si sciolto in Acqua, diventanto Idrossido di Sodio liquido.

Test 2: Na(OH) (l) + HCl (l) NaCl + H2O, il sale si scioglie in Acqua

T1 Media (K): (23.3 K + 25.4 K) / 2 = 24.4 K

Conversione T1 da C a Kelvin: 24.4 C + 273 = 297.4 K

Conversione T2 da C a Kelvin: 30.6 C + 273 = 303.6 K

∆T (Kelvin) (T - T): 303.6 K - 297.4 K = 6.3 K

Calore ceduto all'ambiente: 4186 J/Kg ∙K ∙ 0.060 Kg ∙ 6.3 K = 1582.3 KJ (Q -)

-- Osservazioni: la temperatura della soluzione s aumentata rapidamente, ma meno rispetto alla precedente prova. Infatti, il valore finale della temperatura si fermato a 30.6 C. Toccandolo, il vaso di DeWar era caldo. Svuotando il Thermos, si notato che la soluzione era ancora trasparente: evidentemente, il sale (NaCl) formatosi dalla reazione si immediatamente sciolto in acqua.

Test 3: Na(OH) (l) + HCl (l) NaCl + H2O, il sale si scioglie in Acqua




T1 Media (K): (22.7 K + 22.5 K) / 2 = 22.6 K

Conversione T1 da C a Kelvin: 22.6 C + 273 = 295.6 K

Conversione T2 da C a Kelvin: 34.2 C + 273 = 307.2 K

∆T (Kelvin) (T - T): 307.2 K - 295.6 K = 11.6 K

Calore ceduto all'ambiente: 4186 J/Kg ∙K ∙ 0.060 Kg ∙ 11.6 K = 2913.456 KJ (Q -)

-- Osservazioni: la temperatura della soluzione aumentata molto rapidamente, fino a stabilizzarsi sui 34.2 C. Toccandolo, il vaso di DeWar era molto caldo. Svuotando il Thermos, si notato che la soluzione era ancora trasparente: evidentemente, il sale (NaCl) formatosi dalla reazione si immediatamente sciolto in acqua.

Reazioni Endotermiche:

Test 1: HO + NH(NO) Soluzione opaca HO + NH(NO)

Massa Totale: 0.005 Kg + (0.1 l ∙ 1 Kg/l) = 0.1 Kg

Conversione T1 da C a Kelvin: 22.6 C + 273 = 295.6 K

Conversione T2 da C a Kelvin: 20.0 C + 273 = 293.0 K

∆T (Kelvin) (T1 - T2): 295.6 K - 293.0 K = 2.6 K

Calore acquistato dall'ambiente: 4186 J/Kg ∙K ∙ 0.105 Kg ∙ 2.6 K = 1142.8 KJ (Q +)

-- Osservazioni: la temperatura della soluzione diminuita molto rapidamente, per poi ricominciare a crescere. E' stato considerato il valore minimo toccato dalla colonnina di mercurio, ovvero 20.6 C. Toccandolo, il vaso di DeWar era rimasto freddo. Svuotando il Thermos, si notato che la soluzione era opaca: evidentemente, l' NH(NO), solido, si sciolto in Acqua opacizzando la soluzione.

Test 2: KCO + MgCl 2 KCl + Mg(CO3), entrambi si sciolgono in Acqua

T1 Media (K): (22.3 K + 22.4 K) / 2 = 22.4 K

Conversione T1 da C a Kelvin: 22.4 C + 273 = 295.4 K

Conversione T2 da C a Kelvin: 21.2 C + 273 = 294.2K

∆T (Kelvin) (T - T): 295.4 K - 294.2 K = 1.2 K

Calore acquistato dall'ambiente: 4186 J/Kg ∙K ∙ 0.060 Kg ∙ 1.2 K = 301.4 KJ (Q +)

-- Osservazioni: la temperatura della soluzione diminuita in un istante, toccando i 21.2 C, per poi ricominciare a salire. Toccandolo, il vaso di DeWar era tiepido: evidentemente, l'aumento di temperatura immediato ha causato la liberazione di calore. Svuotando il Thermos, si notato che la soluzione era rimasta trasparente: evidentemente, i due Sali che si sono formati si sono immediatamente sciolti in Acqua,.

6) Verifica Scopo

Sono state annotate la temperatura iniziale, finale, e la massa dei reagenti per ogni reazione al fine di calcolare il calore ceduto o acquistato e di verificare il comportamento esotermico o endotermico della reazione.

Test 1: H2O (l) + Na(OH) (s) Soluzione opaca Na(OH) + H2O

∆T (K) (T - T): 306.4 K - 295.9 K = 10.5 K ; Calore ceduto: 4186 J/Kg ∙K ∙ 0.005 Kg ∙ 10.5 K = 4615.1 KJ (Q - )

Le osservazioni sperimentali sono state l'aumento della temperatura e il vaso di DeWar caldo: da questo si capito che la reazione tra H2O e Na(OH) una reazione esotermica che cede all'ambiente una quantit rilevante di calore.

Test 2: Na(OH) (l) + HCl (l) NaCl + H2O, il sale si scioglie in Acqua

∆T (K) (T - T): 303.6 K - 297.4 K = 6.3 K ; Calore ceduto: 4186 J/Kg ∙K ∙ 0.060 Kg ∙ 6.3 K = KJ (Q -)

Le osservazioni sono state l'aumento della temperatura e il vaso di DeWar caldo: da questo si capito che la reazione tra Na(OH) 1M e HCl 1M una reazione esotermica che cede all'ambiente una modesta quantit di calore.

Test 3: Na(OH) (l) + HCl (l) NaCl + H2O, il sale si scioglie in Acqua

∆T (K) (T - T): 307.2 K - 295.6 K = 11.6 K -- Calore ceduto: 4186 J/Kg ∙K ∙ 0.060 Kg ∙ 11.6 K = 2913.456 KJ (Q -)

Le osservazioni sono state l'aumento della temperatura e il vaso di DeWar caldo: da questo si capito che la reazione Na(OH) 2M e HCl 2M una reazione esotermica che cede all'ambiente una abbastanza rilevante di calore.

Test 1: HO + NH(NO) Soluzione opaca HO + NH(NO)

∆T (K) (T1 - T2): 295.6 K - 293.0 K = 2.6 K -- Calore acquistato: 4186 J/Kg ∙K ∙ 0.105 Kg ∙ 2.6 K = 1142.8 KJ (Q +)

Le osservazioni sono state la diminuzione della temperatura e il vaso di DeWar freddo: da questo si capito che la reazione tra HO e NH(NO) una reazione endotermica che assorbe dall'ambiente una modesta quantit di calore.

Test 2: KCO + MgCl 2 KCl + Mg(CO3), entrambi si sciolgono in Acqua

∆T (K) (T - T): 295.4 K - 294.2 K = 1.2 K -- Calore acquistato: 4186 J/Kg ∙K ∙ 0.060 Kg ∙ 1.2 K = 301.4 KJ (Q +)

Le osservazioni sperimentali sono state la diminuzione della temperatura e il vaso di DeWar freddo: da questo si capito che la reazione tra KCO 2M e MgCl 2M una reazione endotermica che assorbe dall'ambiente una quantit di calore relativamente bassa.

7) Osservazioni

- Si osservato che, usando gli stessi reagenti, la reazione tra due composti 2M libera quasi il doppio di calore rispetto agli stessi composti 1M, probabilmente a causa del maggior numero di moli coinvolte nella reazione.

- La reazione che ha liberato pi calore in assoluto stata quella tra Acqua e Idrossido di Sodio; quella che ha acquistato dall'ambiente pi calore stata quella tra Acqua e Nitrato d'Ammonio. Probabilmente, in entrambi i casi questo dovuto alla massa della soluzione (0.105) maggiore rispetto alle altre esperienze.

- La reazione con la maggiore differenza tra T e T stata quella tra Na(OH) 2M e tra HCl 2M (∆T 11.6 K); quella con la minore differenza stata quella tra KCO 2M e MgCl₂ 2M (∆T 1.2 K). Probabilmente, un numero di moli pi elevato porta a una produzione di calore, pi che a un consumo.

- Osservando il valore dei vari calori, si notato che i valori di Q - sono molto maggiori rispetto a quelli di Q +. Globalmente, si pu dire che una reazione tende maggiormente a produrre calore, piuttosto che a consumarlo.

- Da notare anche come il ∆T sia stato maggiore nelle reazioni esotermiche, molto modesto in quelle endotermiche.







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