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quimica general e inorganica facultad de farmacia y bioquimica (uba)TRANSCRIPT
Termodinámica química
Química General e InorgánicaClase del 7 de abril de 2005
Dr. Pablo Evelson
2. El cambio de entalpía para una reacción depende del estado de los reactivos y los
productos.
2 H2O (l) 2 H2O (g)
H = + 88 kJ
Fe de erratas
•Calor en procesos a presión constante
qp = H
H = U + P V
•Calor en procesos a volumen constante
qv = U
Fe de erratas
Calor
Trabajo
U
Estado inicial
Estado finalE
nerg
ía in
tern
a, U
U = q + w
Entalpía
•Representa el calor que el sistema gana o pierde cuando el proceso se lleva a cabo a presión constante.
•Se representa con la letra H.
H = Hfinal – Hinicial = qP
Procesos espontáneosProcesos espontáneos
•Proceso espontáneo: Ocurre sin intervención del entorno.
•Proceso no espontáneo: No ocurre sin la intervención del entorno.
¿Qué determina la dirección de un ¿Qué determina la dirección de un cambio espontáneo?cambio espontáneo?
-¿De qué manera se distribuye la energía?
-¿La energía total?
-¿La energía tiende a un mínimo?
Cambio espontáneo: Existe una reducción en la calidad de la energía.
Los cambios espontáneos son el resultado de la tendencia del universo hacia un caos mayor.
Indicador del cambio espontáneo:Se busca la dirección del cambio que conduzca a la dispersión caótica de la energía total.
EntropíaEntropía
La segunda ley introduce una nueva función de estado:
Entropía (S)
Segunda ley de la termodinámica:“Para un proceso espontáneo, la entropía del
universo siempre aumenta”
La entropía como criterio de La entropía como criterio de espontaneidadespontaneidad
S universo < 0 Indica proceso no espontáneo
S universo > 0 Indica proceso espontáneo
S universo = 0 Indica proceso reversible
Cálculo de la entropíaCálculo de la entropía
Ssistema = Sfinal - Sinicial
qrev T
-Para una reacción química:
Sreacción = Sproductos - Sreactivos
Ssistema =
Suniverso = Ssistema + Sentorno
Proceso reversible: Suniverso = Ssistema + Sentorno = 0
Proceso espontáneo: Suniverso = Ssistema + Sentorno > 0
Entropía y ordenEntropía y orden
Cada fase muestra un distinto estado de ordenamiento
Estado líquido Estado sólido
Líquido
Sólido
En
trop
ía, S
Temperatura, T
En general, se espera que la entropía aumente en procesos en los cuales:
Se forman líquidos o soluciones a partir de sólidos. Se forman gases a partir de sólidos o líquidos. El número de moléculas de gas aumenta durante una reacción química. La temperatura de una sustancia aumenta.
Entropía y probabilidadEntropía y probabilidad
Ssistema = kB. ln W
Combinación Número de manos que producen esa combinación
Escalera real 4
‘Nada’ 1.302.540
Hay 2.598.960 manos posibles de cinco cartas en el poker
Entropía y probabilidadEntropía y probabilidad
Ssistema = kB. ln W
Ssistema = kB. ln W
kB = R / N
kB = 1,38 x 10-23 J/K
Energía libre de GibbsEnergía libre de Gibbs
Josiah Williard Gibbs(1839-1903)
G = H - TS
G = H - TS
Es función de estado.
Sólo vale para el sistema, a presión y
temperatura constantes.
La energía libre de Gibbs como La energía libre de Gibbs como criterio de espontaneidadcriterio de espontaneidad
G > 0 Proceso no espontáneo
G < 0 Proceso espontáneo
G = 0 Equilibrio
Proceso espontáneo
Equilibrio
Productos
Reactivos
En
ergí
a li
bre
, G
Proceso
wmáx = G
El cambio en la energía libre de un proceso, G, es igual al trabajo útil
máximo que puede realizar el sistema sobre sus alrededores en un proceso
espontáneo que se lleva a cabo a presión y temperatura constantes
Estado de la materia Estado estándar
Gas 1 atm de presión
Líquido líquido puro
Sólido sólido puro
Elementos G°f (elemento) = 0
Disolución Concentración 1 molar
Convenciones para los estados estándarConvenciones para los estados estándar
El cambio de energíalibre estándar, G° es el cambio de energía libre que
acompaña a la conversión de reactivos en sus estados estándar a productos en
sus estados estándar para un mol de reacción según está escrita.
G° = H° - TS°
G = G° + RT lnQ
En condiciones que no son del estado estándar para predecir la dirección de la reacción se debe usar
G en vez de G°
En condiciones estándar:
La relación entre G y G° es:
En
ergí
a li
bre
de
form
ació
n
Elementos
Efecto de la temperatura en la espontaneidad Efecto de la temperatura en la espontaneidad de las reaccionesde las reacciones
H S G Características de la reacción Ejemplo
- + Siempre negativo La reacción es espontánea a cualquier temperatura; la reacción inversa nunca es espontánea
2O3 (g) 3O2 (g)
+ - Siempre positivo La reacción es no espontánea a cualquier temperatura; la reacción inversa es siempre espontánea
3O2 (g) 2O3 (g)
- - Negativo a temperaturas bajas, positivo a temperaturas altas
La reacción es espontánea a temperaturas bajas pero se hace no espontánea a temperaturas altas
CaO (s) + CO2 (g) CaCO3 (s)
+ + Positivo a temperaturas bajas, negativo a temperaturas altas
La reacción es no espontánea a temperaturas bajas pero se hace espontánea a temperaturas altas
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
• Atkins P.W, Jones L. Química . 3ra edición. Ed Omega. 1999.
Capítulo 16.• Chang R. Química. Ed. Mc Graw Hill.1998.
Capítulo 18.
Consultas: [email protected] (Pablo Evelson)
BibliografíaBibliografía