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HUGO TORRENS
LA MICROSCOPIA DE FUERZA ATOMICA (MFA) SE USA PARA MEDIR
LAS FUERZAS DE ENLACE. AQUÍ ENTRE FRAGMENTOS DE ANTICUERPOS
Y PEPTIDOS MUCIN 1
ENERGIA DE
ENLACE
ENERGIA DE ENLACE
ENERGIA DE DISOCIACION ES EL CAMBIO DE
ENTALPIA PARA LA REACCION:
RX R + X
F-F 158.8 O=O 498.4 H-F 569.9
Cl-Cl 242.6 S=S 425.3 H-Cl 431.6
Br-Br 192.8 Se=Se 332.6 H-Br 366.4
I-I 151.1 Te=Te 260.0 H-I 298.4
ENERGIAS DE DISOCIACION
I-I
Br-Br
Cl-Cl
F-F
Te=Te
Se=Se
S=S
O=O
H-I
H-Br
H-Cl
H-FK
J/m
ol
OJO
HUGO TORRENS
D = H KJmol-1
DISTANCIA VS. ENERGIA DE ENLACE EN
COMPUESTOS CON HIDROGENO
HF
HCl
HBr
HI
HFHCl HBr HI
0
100
200
300
400
500
600
pm
-KJ
/mo
l
KJ/mol pm
HF 565 91.8
HCl 428 127.4
HBr 362.3 140.8
HI 294.6 160.8
H-O
H-S
H-SeH-Te
H-OH-S H-Se
H-Te
0
100
200
300
400
500
pm
-KJ
/mo
l
KJ/mol pm
H-O 458.8 96
H-S 363 134
H-Se 276 146
H-Te 238 170
HUGO TORRENS
ENERGIA DE ENLACE
ENERGIA DE ENLACE PROMEDIO ES EL PROMEDIO DE LOS
CAMBIOS DE ENTALPIA PARA LAS REACCIONES:
RXn RXn-1 + X H1
RXn-1 RXn-2 + X H2
RXn-2 RXn-3 + X H3
RX R + X Hn
H
E = H/n KJmol-1
HUGO TORRENS
ENERGIA DE ENLACE
ENERGIA DE ENLACE PROMEDIO ES EL PROMEDIO DE LOS
CAMBIOS DE ENTALPIA PARA LAS REACCIONES:
RXn RXn-1 + X H1
RXn-1 RXn-2 + X H2
RXn-2 RXn-3 + X H3
RX R + X Hn
H
E = H/n KJmol-1
PARA METANO POR EJEMPLO:
CH4 CH3 + H H1 = 438.9
CH3 CH2 + H H2 = 462.0
CH2 CH + H H3 = 424.0
CH C + H H4 = 338.4
1663.3
E = 1663.3/4 = 415.82 KJmol-1 HUGO TORRENS
3530
HUGO TORRENS
ENERGÍAS PROMEDIO DE ENLACE.
EN EL CASO DE MOLÉCULAS POLIATOMICAS, LA ENERGÍA NECESARIA PARA
ROMPER SOLO UN ENLACE Y FORMAR DOS FRAGMENTOS MOLECULARES:
ABn ABn-1 + B
SERIA, EN PRINCIPIO, EL EQUIVALENTE A LA ENERGÍA DE DISOCIACIÓN ED. NO ES
DIFÍCIL IMAGINAR, SIN EMBARGO, QUE UNA VEZ HECHO ESTO, LA SIGUIENTE
DISOCIACIÓN NO TIENE PORQUE TENER EL MISMO VALOR DE ENERGÍA YA QUE SE
PARTE DE UN REACTIVO DISTINTO:
ABn-1 ABn-2 + B
ALGUNAS DE ESTAS ENERGÍAS SE HAN DETERMINADO EXPERIMENTALMENTE. EN
LOS SIGUIENTES EJEMPLOS SE MUESTRAN LOS VALORES, QUE LLAMAREMOS ED
PARA AMONÍACO, NH3 Y METANO CH4:
CH4 CH3 + H Ed1 = 421.1 KJmol-1
CH3 CH2 + H Ed2 = 469.9 KJmol-1
CH2 CH + H Ed3 = 415.0 KJmol-1
CH C + H Ed4 = 334.7 KJmol-1
1640.7 KJmol-1
EL PROCESO TOTAL REQUIERE POR LO TANTO 1640.7 KJMOL-1
LA ENERGIA PROMEDIO DE ENLACE C-H SERA 1640.7/4 = 410.17KJmol-1
3532
HUGO TORRENS
ES IMPORTANTE QUE AUN CUANDO SE TRATE DE ENLACES EQUIVALENTES, COMO
SUCEDE CON AMONÍACO NH3 O HEXAFLUORURO DE AZUFRE SF6 LAS ENERGÍAS
PROMEDIO DE ENLACE
NH3 N + 3H ΣHatom/3
SF6 S + 6F ΣHatom/6
SON, CADA UNA, PARÁMETROS DISTINTOS A, POR EJEMPLO, LAS ENERGÍAS DE
DISOCIACIÓN
NH3 NH2 + H
o
SF6 SF5 + F
¿QUE TIPO DE ENERGÍAS ESTAMOS CONSIDERANDO?
LAS ENERGÍAS DE ENLACE VARÍAN ENTRE, MAS O MENOS, 50 KJmol-1 PARA Kr-F,
HASTA 1072 KJmol-1 PARA CO. COMPARE ESTOS VALORES CON:
4.2 KJmol-1 ELEVAR 1°C A 1 KG DE AGUA
34 KJmol-1 COMBUSTIÓN DE UN GRAMO DE CARBÓN
2600 KJmol-1 10 FOCOS DE 100W DURANTE UNA HORA
3534
HUGO TORRENS
PARA CUALQUIER REACCIÓN QUÍMICA, EL CAMBIO DE ENTALPIA PUEDE SER
CALCULADO A PARTIR DE LOS VALORES DE LAS ENTALPIAS DE FORMACIÓN:
ΔH = ΣΔHfo ( productos ) - ΣΔHf
o ( reactivos )
TAMBIÉN PODEMOS HACER UN CALCULO APROXIMADO DEL CAMBIO DE ENERGÍA
PRODUCIDO DURANTE UNA REACCIÓN MEDIANTE:
ΔE = ΣD ( productos ) - ΣD( reactivos )
DONDE ΔE ES EL CAMBIO DE ENERGÍA PRODUCIDO DURANTE LA REACCIÓN QUÍMICA Y
D SON LAS ENERGÍAS DE ENLACE INDIVIDUALMENTE INVOLUCRADAS EN LA REACCIÓN.
EVIDENTEMENTE ENTRE ΔH Y ΔE EXISTE UNA DIFERENCIA IMPORTANTE: LAS
ENTALPÍAS DE FORMACIÓN SON PARÁMETROS TERMODINAMICOS EXACTOS DENTRO
DEL ERROR EXPERIMENTAL DE LA TÉCNICA UTILIZADA PARA DETERMINARLOS Y, POR
LO TANTO, EL CAMBIO DE ENTALPÍA ES, EN ESTE CONTEXTO EXACTA. LOS VALORES DE
ENERGÍA DE ENLACE SON EN GENERAL, PRODUCTO DE UNA EVALUACIÓN PROMEDIO
DE UN NUMERO CONSIDERABLE DE COMPUESTOS Y POR LO TANTO EL VALOR DE ΔE ES
SOLO UNA APROXIMACIÓN AL DE ΔH.
LA CUESTIÓN ES: ¿QUE TAN "ADECUADA" ES ESTA APROXIMACIÓN ΔH = ΔE?
"ADECUADA" ES UN TERMINO RELATIVO. SI SE REQUIERE PRECISIÓN, ΔE ES UNA
OPCIÓN INADECUADA Y LA ÚNICA ALTERNATIVA ES EL CÁLCULO DE ΔH.
POR OTRO LADO, LA APROXIMACIÓN ΔH ≈ ΔE ES MAS O MENOS "ADECUADA"
DEPENDIENDO DE LA REACCIÓN BAJO ESTUDIO: CONSIDERE LOS SIGUIENTES CASOS
VALORES DE ENERGIA DE DISOCIACION O
ENLACE PROMEDIO PARA ALGUNOS ENLACES
SELECTOS KJmol-1
C-H 411 O-H 458.8
C-C 345 C≡O 1071.9
O=O 493.6 C=O 798.9
N≡N 941.7 N-O 201
S-S 268 N=O 607
C-S 272 S=O 532.2
C=S 573 H-H 432
N-N 247 N-H 391
3535
3536
HUGO TORRENS
FORMACIÓN DE LA HIDRAZINA (N2H4), DEL AMONIACO (NH3) Y LA
COMBUSTIÓN DE ETANO:
N2 + 2H2 N2H4
N2 + 3H2 2NH3
CH3-CH3 + 7/2 O2 H2O + CO2
N2H4
Disociación de N2 => D(N≡N)=-941.7 KJmol-1
Disociación de 2H2 => 2 D(H-H)= 2(-432.0) = -864.0 KJmol-1
ΣD(reactivos) = -1805.7 KJmol-1
Formación de N-N => D(N-N)= -247 KJmol-1
Formación de N2H4 => 4 D(N-H).= 4(-390) = -1560 KJmol-1
ΣD(productos) = -1807 KJmol-1
ΔE = (-1807) –( -1805.7) = -1.3 KJmol-1 (1.8-1.3/1.8)100 = 27.8%
EL VALOR EXPERIMENTAL DE LA ENTALPIA DE FORMACIÓN DE LA HIDRAZINA (N2H4) ES DE
ΔH = -1.8 Y EL ERROR AL TOMAR ΔE EN LUGAR DE ΔH ES DE MENOS DEL 30%.
3538
HUGO TORRENS
NH3
Disociación de N2 => D(N≡N) = -941.7 KJmol-1
Disociación de 3H2 => 3 D(H-H) = 3(-432.0) = -1296 KJmol-1
ΣD (reactivos) = -2237.7 KJmol-1
Formación de 2NH3 => 6 D(N-H)= 6(-390.8) = -2340 KJmol-1
ΣD (productos) = -2340 KJmol-1
ΔE = (-2340) - (-2237.7) = -102.30 KJmol-1
Para una sola mol de NH3, ΔE =-102.30/2 KJmol-1 = -51.15 KJmol-1 (46.19-51.15/46.19)100=10.7%
EL VALOR EXPERIMENTAL DE LA ENTALPIA DE FORMACIÓN DEL AMONIACO ES DE
ΔH = -46.19 Y EL ERROR AL TOMAR ΔE EN LUGAR DE ΔH ES DE MENOS DEL 11%
3540
HUGO TORRENS
COMBUSTIÓN DE ETANO.
CH3-CH3 + 7/2 O2 2CO2 + 3H2O
Disociar 6 C-H 6D(C-H) = 6(-413)KJmol-1 = -2478 KJmol-1
1 C-C (-348) KJmol-1 = -348 KJmol-1
7/2 O=O 7/2 (-495) KJmol-1 = -1732.5 KJmol-1
Total -4558.5 KJmol-1
Formar: 4 C=O 4(-799) KJmol-1 =-3196 KJmol-1
6 O-H 6(-463) KJmol-1 =-2778 KJmol-1
Total -5974 KJmol-1
ΔH= Σ productos - Σ reactivos.
ΔH = (-5974 KJmol-1) - (-4558.5 KJmol-1) = -1416 KJmol-1
EXPERIMENTALMENTE, SE OBTIENE ΔH = -1428 KJmol-1 QUE REPRESENTA, DESDE
LUEGO, UNA EXCELENTE APROXIMACIÓN.
3542
CONSIDEREMOS DE UNA MANERA MUY ESQUEMÁTICA LAS REACCIONES QUÍMICAS EN UN
MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA. EN ESTAS MAQUINAS SE QUEMA GASOLINA, QUE
PODEMOS FORMULAR COMO (-{CH2}-)N Y QUE EN MÉXICO, DESAFORTUNADAMENTE,
CONTIENE DERIVADOS DE AZUFRE ( -C-S-, -C=S, -C-SH, -S-S- O, EN GENERAL, R-S ETC.),
QUE ENTRA A LOS PISTONES MEZCLADA CON AIRE (N2, O2, ETC.) DONDE UNA CHISPA
CATALIZA LA REACCIÓN DE COMBUSTIÓN.
CON ESTOS ELEMENTOS, PODEMOS CONSIDERAR LA REACCIÓN GENERAL:
O2 + N2 + (-{CH2}-)N O GAS + R-S H2O + CON + NNOM + SON + OTROS
PISTON
VALVULA ABIERTA
CHISPA
CAMARA DE
COMBUSTION
MEZCLA AIRE
GASOLINA
3543
EL SIGUIENTE ESQUEMA MUESTRA ALGUNAS DE LAS REACCIONES INDIVIDUALES QUE
PUEDEN POSTULARSE:
2O2 + GAS 2H2O + 2CO REACCIÓN 1 (COMBUSTIÓN INCOMPLETA)
O2 + 2CO 2CO2 REACCIÓN 2 (COMBUSTIÓN COMPLETA)
O2 + N2 2NO REACCIÓN 3
2O2 + N2 2NO2 REACCIÓN 4
O2 + N2 + 2NO2 2N2O2 REACCIÓN 5
9/2 O2 + 2 (-CH2-SH) 3H2O + 2 CO2 + 2 SO2 REACCION 6
4 O2 + (-CH2-S-CH2-) 3H2O + 2CO2 + SO2 REACCION 7
DE ACUERDO A ESTAS REACCIONES, LAS ENERGÍAS DE ENLACE (EN KJmol-1) PARA
REALIZAR CADA UNO DE LOS CÁLCULOS, SON LAS SIGUIENTES:
3544
HUGO TORRENS
DISOCIACION FORMACION
C-H 411 O-H 458.8
C-C 345 C≡O 1071.9
O=O 493.6 C=O 798.9
N≡N 941.7 N-O 201
S-S 268 N=O 607
C-S 272 S=O 532.2
C=S 573 H-H 432
REACCIÓN 1 (COMBUSTIÓN INCOMPLETA)
2 O2 + (-CH2-CH2-) 2H2O + 2CO
2 D(O=O) + 4 D(H-H) + 3D (C-C) 4 D(0-H) + 2 D(C≡O)
2 (-494) + 4 (-432) + 3 (-345) 4 (-459) + 2 (-1072)
-3751 -3980
ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -3980 + 3751 = -229 KJmol-1
REACCIÓN 2 (COMBUSTIÓN COMPLETA)
O2 + 2CO 2CO2
D (O=O) + 2 D(C≡O) 4 D(C=O)
(-494) + 2(-1072) 4 (-799)
-2638 -3196
ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = 3196 + 2638 = -558 KJmol-1
3546
HUGO TORRENS
REACCIÓN 3
O2 + N2 2NO
D(O=O) + D(N≡N) 2 D(N=O)
(-494) + (-942) 2 (-607)
-1436 -1214
ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -1214 + 1436= 222 KJmol-1
REACCIÓN 4
2 02 + N2 2 NO2
2 D(O=O) + D(N=N) 4 D(N=0)
2(-494) + (-942) 4 (-607)
-1930 -2428
ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -2428 + 1930 = -498 KJmol-1
REACCIÓN 5
O2 + N2 + 2 NO2 2 N2O2
D(O=O) + D(N≡N) + 4 D(N=0) 4 D(N=O)
(-494) + (-942) + 4 (-607) 4 (-607)
-1708 -2428
ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -2428 + 1708 = -720 KJmol-1
3548
HUGO TORRENS
REACCIÓN 6
9/2 O2 + 2 (-CH2-SH) 3H2O + 2CO2 + 2SO2
9/2 D(O=O) + 2 D(C-C) + 4 D(C-H) + 2 D(C-S) + 2 D(S-H) 6 D(H-O) + 4 D(C=O) + 4 D(S=O)
9/2 (-494) + 2 (-345) + 4 (-411) + 2 (272) + 2 (363) 6 (-459) + 4 (-799) + 4 (-532)
-5827 -8078
ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) =-8078 + 5827= -2251 KJmol-1
REACCIÓN 7
4O2 + (-CH2-S-CH2-) 2H2O + 2CO2 + SO2
4 D(O=O) + 2 D(C-C) + 4 D(C-H) + 2 D(C-S) 4 D(H-O) + 4 D(C=O) + 4 D(S=O)
4 (-494) + 2 (-345) + 4 (-411) + 2 (272) 4 (-459) + 4 (-799) + 4 (-532)
-4854 -7160
ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -8078 + 5827= -2306 KJmol-1
3550
HUGO TORRENS
SI ΔH TOMA UN VALOR NEGATIVO, EL PROCESO SERÁ EXOTÉRMICO MIENTRAS QUE SI
ADQUIERE UN VALOR POSITIVO SERÁ ENDOTÉRMICO. ESTE NO ES UN CRITERIO ABSOLUTO
PERO ES UNA ADECUADA APROXIMACIÓN A LA PROBABLE ESPONTANEIDAD Y DIRECCIÓN
QUE PUEDE ESPERARSE PARA UNA REACCIÓN DETERMINADA. POR EJEMPLO, PARA LAS
REACCIONES ANTERIORES:
REACCIÓN 1 (COMBUSTIÓN INCOMPLETA)
202 + (-CH2-CH2-) 2H2O + 2CO ΔE = -229 KJmol-1
REACCIÓN 2 (COMBUSTIÓN COMPLETA)
O2 + 2 CO 2 CO2 ΔE = -558 KJmol-1
REACCIÓN 3
O2 + N, 2 NO ΔE = 222 KJmol-1
REACCIÓN 4
2O2 + N2 2 NO2 ΔE = -498 KJmol-1
REACCIÓN 5
O2 + N2 + 2 NO2 2 N2O2 ΔE = -720 KJmol-1
REACCIÓN 6
9/2 O2 + 2 (-CH2-SH) 3 H2O + 2 CO2 + 2 SO2 ΔE = -2251 KJmol-1
REACCION 7
4 O2 + (-CH2-S-CH2-) 2H2O + 2CO2 + SO2 ΔE = -2306 KJmol-1
COMBUSTION
POBRE
REGION DE FALLA
DE ENCENDIDO
3552
SA
LID
A D
E L
LA
MA
RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE
EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES
RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,
MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0
HUGO TORRENS
COMBUSTION
POBRE
REGION DE FALLA
DE ENCENDIDO
3553
SA
LID
A D
E L
LA
MA
RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE
EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES
RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,
MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0
HUGO TORRENS
COMBUSTION
POBRE
REGION DE FALLA
DE ENCENDIDO
3553A
SA
LID
A D
E L
LA
MA
HUGO TORRENS
COMBUSTION
POBRE
REGION DE FALLA
DE ENCENDIDO
3554
SA
LID
A D
E L
LA
MA
RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE
EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES
RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,
MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0
HUGO TORRENS
COMBUSTION
POBRE
REGION DE FALLA
DE ENCENDIDO
3556
SA
LID
A D
E L
LA
MA
RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE
EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES
RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,
MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0
HUGO TORRENS
COMBUSTION
POBRE
REGION DE FALLA
DE ENCENDIDO
3558
SA
LID
A D
E L
LA
MA
RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE
EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES
RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,
MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0
HUGO TORRENS
3560
HUGO TORRENS