Ci sono reazioni che liberano calore, e reazioni che lo assorbono. Per molte applicazioni può essere importante sapere quanto sia questo calore ceduto o assorbito, ma non sempre è facile misurarlo. Sappiamo però che per le reazioni che avvengono a pressione costante (come quasi tutte quelle con cui abbiamo a che fare) il calore scambiato è uguale alla variazione di entalpia, che dipende soltanto dallo stato iniziale e finale del sistema, e non da come avviene la reazione: possiamo quindi misurare il calore scambiato in un ambiente controllato, e sappiamo che quella stessa reazione scambierà sempre quella stessa quantità di calore, in qualsiasi altro contesto, basta che lo stato iniziale e finale siano sempre gli stessi. In questo esperimento misureremo la variazione di entalpia (quindi il calore scambiato) quando il cloruro di calcio si scioglie in acqua, e verificheremo che il valore misurato corrisponda a quello riportato in letteratura, e che quindi sia vero che la reazione libera sempre lo stesso calore (per unità di quantità di materia), indipendentemente da dove e come avviene.
Durata: 1 ora
Scopo:
verificare che l'entalpia di soluzione del cloruro di calcio diidrato corrisponda al valore riportato in letteratura.
Teoria:
Il cloruro di calcio diidrato si scioglie in acqua secondo la reazione
CaCl2 · 2H2O(s) → CaCl2 (aq) + 2H2O(l)
la cui entalpia molare (teorica) è -44,78 kJ/mol.
In questo esperimento vogliamo verificare questo valore sperimentalmente, misurando il calore liberato dalla reazione all'interno di un sistema isolato (calorimetro).
Noi non misureremo direttamente il calore liberato, però, bensì l'aumento di temperatura. Per calcolare il calore liberato è possibile moltiplicare l'aumento di temperatura per la massa e il calore specifico sia della soluzione che del calorimetro.
A questo scopo, occorre sapere che il calore specifico di una soluzione al 3,79 % in massa di cloruro di calcio ha un calore specifico di 3,89 J/(g * ° C)
Materiale:
- CaCl2 · 2H2O in polvere (5 g)
- Acqua (100 g)
- Calorimetro
- Vetrino da orologio
- Spatola
- Bilancia tecnica
- Termometro
- Cronometro
Procedimento:
- Pesare nel calorimetro circa 100 g di acqua. Annotare il peso esatto.
- Chiudere il coperchio del calorimetro e misurare la temperatura per alcuni minuti. Annotare la temperatura.
- Pesare nel vetrino da orologio circa 5 g di cloruro di calcio diidrato. Annotare il peso esatto.
- Alzare il coperchio del calorimetro e vuotarvi velocemente dentro il cloruro di calcio diidrato, richiudendo subito dopo il coperchio. Avviare il timer in questo momento.
- Pesare il vetrino da orologio (sulla bilancia già tarata in modo da escludere il peso del vetrino stesso) per misurare l'eventuale massa di cloruro di calcio diidrato rimasta attaccata al vetrino da orologio.
- Agitando leggermente il calorimetro, annotare ogni 30 secondi la temperatura dell'acqua.
Risultato:
Una volta miscelati i reagenti, la temperatura dovrebbe alzarsi nei primi secondi per poi scendere un poco e raggiungere una temperatura di equilibrio.
Per trovare il calore scambiato Q è possibile fare
È quindi possibile confrontare questo valore ottenuto sperimentalmente con il valore riportato in letteratura.
Consigli di sicurezza:
Indossare i guanti per maneggiare il cloruro di calcio diidrato.
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