¿Reacción química que puede producir mucho calor a partir de 2-3 ingredientes líquidos simples?
On febrero 18, 2021 by adminTengo un experimento que quiero probar utilizando energía termoeléctrica y quiero generar calor a través de una simple reacción química. Idealmente, me gustaría mezclar 2 líquidos (uno que sea agua o alcohol sería genial) que pueden alcanzar la temperatura del agua hirviendo durante unos minutos o más. Los subproductos deben ser solo otros líquidos que se puedan drenar fácilmente o gases que no son peligrosos para los humanos. Sin desechos sólidos y no corrosivo / carcinógeno / cáustico.
Hasta ahora he encontrado uno que se acerca a mis necesidades pero que aún produce un producto de desecho sólido y no es particularmente seguro, que es el óxido de calcio. + Agua -> Hidróxido de calcio + Calor. Esto podría funcionar si hubiera otro líquido que pudiera agregar después de la reacción principal para convertir el hidróxido de calcio en un líquido para su eliminación.
Comentarios
- Creo que lo más útil que puedo decir aquí es que esto parece inseguro.
- Solo sería inseguro si no ' t se ajusta a mis requisitos. La reacción se llevaría a cabo en un vaso de precipitados rodeado de una malla termoeléctrica y una vez que se realiza la reacción se drenará a otro tanque para su eliminación segura.
- El ácido sulfúrico concentrado más agua haría un gran trabajo. También te mataría o te arrancaría los ojos fácilmente.
- Yo ' he trabajado en el laboratorio el tiempo suficiente para saber si estás generando una exotermia tan grande que esperas obtener energía eléctrica sostenida y utilizable con él, un vaso de precipitados y alguna malla ni siquiera están cerca de contar como contención.
- ¡Buen punto! Mírenlos químicos, ¿qué usan cuando tienen acceso a todos esos reactivos elegantes y quieren generar un calor intenso pero controlable? Calentador eléctrico , eso ' es qué.
Respuesta
Lo primero que se le viene a la mente, si tiene acceso a un almacén, es mezclar dos soluciones: (1) NaOH; (2) HCl. Esto puede liberar mucho calor si sus soluciones están lo suficientemente concentradas, y forma agua salada si su NaOH y HCl tienen la misma molaridad.
Editar: Estoy en mi pausa para el almuerzo, así que hice algunos cálculos …
La reacción química de interés en este caso es:
$$ \ ce {OH- + H + – > H2O} $$
El estándar Las entalpías de formación ( $ \ Delta H_ \ mathrm f ^ \ circ $ ) de estas especies son:
$$ \ begin {array} {lr} \ hline \ text {Species} & ΔH_ \ mathrm f ^ \ circ / \ pu {kJ mol-1} \\ \ hline \ ce {OH-} & -229,99 \\ \ ce {H +} & 0,00 \\ \ ce {H2O} & -288.83 \\ \ hline \ end {array} $$
Por lo tanto, el cambio en la entalpía de la reacción es:
$$ \ Delta H ^ \ circ = -288.83 \ \ mathrm {kJ / mol} – (-229.99 \ \ mathrm {kJ / mol} +0 \ \ mathrm {kJ / mol}) = -58.84 \ \ mathrm {kJ / mol} $$
Por lo tanto, para $ 1 \ \ mathrm {mol} $ de $ \ c e {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm {mol} $ de $ \ ce {HCl} $ , obtienes $ 58.84 \ \ mathrm {kJ} $ de calor. Supongamos que desea liberar suficiente calor para obtener la solución neta hasta $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
El agua tiene una capacidad calorífica de $ 4.18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} $ . Supongamos que tiene $ 1 \ \ mathrm L $ de $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ de $ \ ce {HCl} $ , necesitará suficiente calor para elevar la temperatura de $ 2 \ \ mathrm L $ de agua a $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . I «Asumiremos que el agua comienza en $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ , por lo que tienes $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ y $ 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ para completar.
$$ 4.18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} \ cdot 2 \, 000 \ \ mathrm g \ cdot 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} = 62 \, 700 \ \ mathrm J = 62.7 \ \ mathrm {kJ} $$
¿Cuántos moles de $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ ¿Necesitas tanto calor?
$$ \ frac {q} {\ Delta H ^ \ circ} = \ frac {62.7 \ \ mathrm {kJ}} {58.84 \ \ mathrm { kJ / mol}} = 1.065 \ \ mathrm {mol} $$
Eso significaría que puede mezclar $ 1 \ \ mathrm L $ de $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ de $ 1.065 \ \ mathrm M $ de $ \ ce {HCl} $ , y teóricamente esperaría para obtener una temperatura cercana a $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
Esto podría estar un poco fuera de lugar porque hice algunas suposiciones:
- $ \ Delta H ^ \ circ $ es constante con respecto a la temperatura desde $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ a $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . Esto puede no ser cierto.
- las sales disueltas en el agua no afectan significativamente su capacidad calorífica
- Tiene $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ de agua en $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {HCl} $
Sin embargo, creo que esto podría acercarte? Me sorprende un poco que las molaridades no sean más altas … Al menos es un punto de partida.
Descargo de responsabilidad, por supuesto: tenga cuidado con el $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ soluti ons, pueden ser peligrosos. Utilice los protocolos de higiene química adecuados. La mezcla debe ser benigna, pero debes confirmarlo con papel de pH.
Comentarios
- Esto es interesante, el agua salada sería un producto de desecho fino, aunque mi única preocupación es que sea dañina o cause la acumulación de sal en el tubo para su eliminación.
- Dependiendo de la institución en la que ' resida, algunos lugares le permiten desechar las soluciones de ácido / base neutralizadas en el fregadero, siempre que los ácidos y las bases son benignos y el pH es ~ 7. (Fuente: Así es como funcionó en 2 de mis 3 instituciones). Su gerente de almacén o asistente debería poder decírselo.
- Acabo de ver su comentario anterior sobre lo que quería decir con tubería: el NaCl es increíblemente Agua soluble. Si ' está muy preocupado, puede enjuagar el sistema 1-2 veces con agua desionizada entre experimentos, que debería eliminar la sal que haya quedado.
- Esto es genial , muchas gracias por la expansión de la respuesta.
- Mi instituto incluso permitió verter ácidos más concentrados por el desagüe ya que teníamos un neutralizador en el sótano.
Respuesta
Como dice Zhe, esto no es seguro. Su pregunta menciona «drenar» los productos químicos como si estuviera bien tirarlos por el desagüe o fuera en el piso. No lo es. No puedo imaginarme qué posible conexión hay entre una reacción química exotérmica y un experimento en termoeléctrica. Utilice un plato caliente. Aquí hay una pista: calentar el agua hasta su punto de ebullición requiere mucha energía (por gramo). Otro nombre para una reacción química que produce mucha energía es «una explosión». No puedo pensar en nada que alguien que piense «si es líquido, puedo tirarlo por el desagüe» sería seguro de implementar.
Comentarios
- Los productos químicos no ' no se ajusta a mis requisitos si ' t se va por un desagüe. Aunque por drenaje me refiero simplemente a su propio sistema de goteo para limpiar el sistema y recargarlo. Podría gotear en un balde para su eliminación segura más adelante.
- Mi suposición era que @ABlankenship está haciendo un experimento de generación de electricidad, donde se usa una fuente de calor para generar electricidad. Creo que hay ' una conexión muy obvia debido a una reacción química exotérmica y tal experimento. Además, he pasado varios años gestionando y ayudando en almacenes. Muchos líquidos pueden irse por el desagüe, pero usted debe estar informado y ser cuidadoso.
- La mayoría de los químicos ' t no se pueden tirar. el drenaje. Técnicamente, no debería ' no poder tirar grandes cantidades de sal por el desagüe.
- La mayoría de los químicos, pero esto no es un hecho universal, especialmente para desechos como el cloruro de sodio acuoso. Las reglas dependen de las especificidades del manejo de alcantarillado de su institución. Las regulaciones estatales y federales para la mayoría de instituciones en las que trabajé permiten la eliminación sin restricciones de soluciones de NaCl diluidas formadas a partir de la neutralización de soluciones ácidas. Muchas universidades solo permiten que el personal del almacén o EHS lo haga, para asegurarse de que se haga correctamente. Reitero que debe consultar con las autoridades pertinentes de sus instituciones antes de determinar su plan de gestión de residuos.
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