DETERMINAR LA ENTALPIA DE COMBUSTIÓN DEL ETANOL

1. DISEÑO
1.1 Definición del problema y selección de variables
El objetivo de la practica es calcular experimentalmente la energía liberada en la combustión del etanol. Calcular experimentalmente la variación de temperatura que se producira en el agua como resultado de la energía liberada en la combustión del etanol.
1.2 control de las variables
Variable independiente: combustible utilizado
Variable dependiente: variación de la temperatura del agua y del vaso de precipitados que la contiene.

Variables controladas: cantidad de agua destilada, temperatura ambiente, tiempo de combustión, distancia entre la llama y el vaso, situación del termómetro en el agua, ausencia de corrientes de aire en el laboratorio, características del material utilizado.
Material:
Agua destilada, Balanza, Etanol, Mechero de alcohol, Termómetro, Vaso de precipitados, Soporte con gradilla, soporte universal con pinza, bibliografía para obtener el calor específico del agua y del vidrio, así como la verdadera entalpía de combustión del etanol.
1.3 Desarrollo de un método de obtención de datos
1. Realizar el montaje pertinente, colocando el agua en el vaso de precipitados sobre el soporte con gradilla bajo el cual estara el mechero de alcohol con el etanol; y el soporte con lapinza sujetando el termómetro sin que éste toque el fondo del vaso de precipitados.
2. Determinar la masa de agua y del vidrio y su temperatura inicial.
3. Determinar la variación de la temperatura del agua y del vidrio, así como la variación de masa del agua y el etanol que ha sido quemado.
4. Indicar los datos brutos cualitativos y cuantitativos, incluidas las unidades de incertidumbre.

2. OBTENCIÓN Y PROCESAMIENTO DE DATOS
2.1 Registro de datos brutos
Registré los siguientes datos brutos y de la siguiente manera:
* Temperatura inicial y final del agua; con un termómetro, sujetado por un soporte sin estar en contacto con el fondo del vaso de precipitados donde tenía el agua.
* Masa inicial y final del agua; con una balanza.
* Masa inicial y final del quemador de alcohol; con una balanza.
El vaso de precipitados con el agua lo coloqué sobre un soporte con gradilla, bajo el cual coloqué el quemador de alcohol, situandolo a 3 centímetros (±0,1) del vaso, de su centro, aproximadamente.
Al lado de este conjunto coloqué un soporte con una nuez y una pinza. El extremo de la pinza que quedó libre coloqué el termómetro y situé la pinza a la altura necesaria para que el termómetro estuviese dentro del agua, pero sin tocar el fondo del vaso.
Los datos brutos registrados fueron éstos:
  |Masa | Temp. |
  | (g, ±0,1) | (ºC, ±1) |
H2O inicial | 148,0 | 25 |
H2O final | 147,4 | 42 |
C2H5OH inicial | 282,6 | / |
C2H5OH final | 280,4 | / |
Vaso de precipitados | 96,4 | =H2O |

tabla 1: Se muestran los datos de masa y temperatura iniciales y finales tanto del agua, como del vaso de precipitados y el etanol.

2.2 Procesamiento de datos brutos
Los datos brutos obtenidos los pasé a incrementos de la siguiente manera:
m H2O final - m H2O inicial = Δm H2O ; 147,4 g – 148,0 g = -0,6 g
De esta manera obtuve los incrementos de masa del agua y del alcohol, que són:
Δm H2O = -0,6 g
Δm C2H5OH = -2,2 g
El incremento de la temperatura del agua lo obtuve de una manera muy similar a la anterior:
T H2O final - T H2O inicial = ΔT H2O ; 42ºC – 25º = 17ºC
ΔT H2O = 17ºC
Partiendo de estos datos aplicamos la fórmula siguiente para calcular la cantidad de Energía que ha tenido que ser subministrada al agua para aumentar esa temperatura, teniendo en cuenta que el calor específico del agua es de 4,18 KJ / Kg:
Q = m·Ce·ΔT= 0,1474 kg · 4,18kJ/(Kg·k) · 17= 10,47 KJ
10,47 KJ son los KJ que han sido utilizados para calentar el agua, pero hay una pequeña masa de agua que al final del proceso de experimentación han sido evaporados. Debo calcular también la cantidad de Energía que ha sido necesariapara evaporar esta cantidad de agua, teniendo en cuenta que el calor de vaporización del agua es de 2257 kJ/kg:
Q = m·Cv = 0,0006 kg · 2257 kJ/(kg·k) = 1,35 KJ
Calculo también la energía absorbida por el vidrio, teniendo en cuenta que su temperatura final y inicial son las mismas que las del agua que contenía, ya que las temperaturas del vidrio y del agua que contenía que equilibran. Así pues, y teniendo en cuenta que el calor específico del vidrio es 0,84 kJ/(kg·K), calculamos la energía absorbida por éste:
Q = m·Ce·ΔT= 0,0964 kg ·0,84 kJ/(kg·k) ·17 = 1,38 KJ
Por lo tanto los KJ totales que han sido consumidos en el aumento de temperatura del agua, la vaporización de parte de esta y el aumento de temperatura del vaso de precipitados han sido la suma de los tres resultados anteriormente obtenidos:
10,47 KJ + 1,354 KJ + 1,38 KJ = 13,20 KJ
Estos 13,20 KJ de energía son los Kj que he comprobado que se han desprendido y han sido transferidos al agua y al vidrio. Hacemos el calculo de la entalpia del etanol calculando cuantos moles se han quemado de etanol y calculando a cuantos Kj por mol corresponden:
2,2 g etanol · (1 mol etanol / 46 g etanol ) = 0,0478 moles etanol
1 mol etanol · ( 13,20 KJ / 0,0478 moles etanol) = 276, 15 KJ
Por lo tanto, la entalpia del etanol, basandome en la energía absorbidapor el agua y el vidrio es la siguiente, negativa pues la entalpia es negativa cuando desprende calor:
-276,15 KJ / Mol
El error estimado o incertidumbre estimada, lo calculo a partir de la suma de los errores, en las medidas del SI, del total de instrumentos utilizados y el número de veces utilizados:
0,1 · 5 + 1 · 2 = ±2,5
Esta incertidumbre estimada supone un 0,9 % de error sobre la medida obtenida. Calculado así
(2,5 / 276,15) · 100 = 0,9 %
Según datos bibliograficos, la entalpia del etanol es de -1366,9 KJ / mol. A partir de esto puedo calcular la diferencia porcentual de mi resultado, con la entalpia del etanol según datos bibliograficos de la siguiente manera:
( (-1366,9 KJ / mol ) – ( -276,15 KJ / mol ) ) / (-1366,9 Kj / mol ) · 100 = 79,79 %
También puedo, a partir de la incertidumbre estimada, calcular la incertidumbre porcentual así:
( 0,9 % / -276,15 KJ / mol ) · 100 = -0,32

2.3 Presentación de los datos procesados
Energía absorbida por el agua y el vidrio: 13,20 KJ
Entalpia del etanol según la energía absorbida: -276,15 KJ / mol
% Incertidumbre estimada sobre la entalpía obtenida del etanol: 0,90 %
Diferencia porcentual de la entalpía obtenida con la entalpía sacada de fuentes bibliograficas: 79,79 %
Incertidumbre porcentual de la entalpía obtenida: -0,32

3. CONCLUSIÓN YEVALUACIÓN
3.1 Formulación de conclusiones
Llego a la conclusión de que la energía absorbida por el agua y el vaso de vidrio a partir de la energía desprendida por la combustión del etanol corresponde a 276 KJ por cada mol de etanol quemado.
En cambio la entalpía real del etanol no tiene nada que ver, dado que la diferencia porcentual es muy alta, por lo que el método de obtención de datos no ha sido el adecuado, error sistematico, y mucha energía se ha perdido o al menos, se ha escapado a la energía medida absorbida.
Los instrumentos utilizados han sido adecuados ya que la incertidumbre porcentual es pequeña, por lo que hay poco error total.
3.2 Evaluación de los procedimientos
Los procedimientos no han sido los adecuados para poder determinar la entalpía de combustión del etanol con mínima exactitud. Así como los instrumentos utilizados han sido adecuados, el método de obtención de los datos no ha llegado a la precisión necesaria como para poder tener una idea clara sobre la entalpía de combustión del etanol.
Se dejaron escapar muchos KJ de energía que no pudimos medir, que no fueron a parar al agua ni al vidrio, mas de un 70%, tal y como indica la diferencia porcentual, de la energía desprendida por la combustión no ha sido medida. Por lo tanto los métodos llevados a cabo para determinar laentalpía de combustión del etanol no han sido los adecuados.

3.3 Mejora de la investigación
Los instrumentos utilizados eran de buena precisión aunque siempre podrían utilizarse instrumentos aún mas precisos con tal de aumentar la precisión del resultado final.
La mejora mas sustancial en la investigación sería la mejora del método, diseñar un método capaz de registrar mas, sino todas, las moléculas o superficies sobre las que ha ido a parar la energía desprendida por la combustión del etanol, empezando por acercar mas la mecha a la base del vaso de precipitados y por cuantificar, de un modo u otro, la energía que no se queda en el vaso o el agua.
Podría realizarse la combustión en un espacio cerrado y cuantificar el aumento de temperatura de los gases de dentro del espacio para saber cuanto se han calentado por la energía desprendida por la combustión, como el recipiente de los gases se calentaría también abría que cuantificar el calor que ha ido a parar a éste y por contacto con el exterior, los gases que estén en contacto con el exterior del recipiente también recibiran energía no cuantificada por lo que se podría montar un sistema de dos recipientes, uno dentro del otro para minimizar estas pérdidas y cuantificar el aumento de temperatura de los gases de ambos espacios cerrados y de ambos recipientes.