Fundamentos de química II

Jenny Adriana Melo Ospina

Termodinámica química

es la rama de la química encargada de estudiar los cambios energéticos que acompañan a los cambios físicos y químicos.

Energía: es la capacidad de hacer trabajo y transferir calor.

◦Trabajo:

Energía cinética: es la energía del movimiento.

Algunas definiciones

Energía potencial: es la energía que posee la materia debido a su posición o composición.

Formas de energía: eléctrica, eólica, térmica, mecánica, lumínica, etc.

Reacción exotérmica: es una reacción que libera energía en forma de calor.

Reacción endotérmica: es una reacción que absorbe energía en forma de calor.

Algunas definiciones

Reacción exotérmica

Ba(OH)2⋅8H2O(s) + 2NH4NO3(s) → Ba(NO3)2(s) + 2NH3(g) + 10H2O(l)

Reacción endotérmica

La cantidad combinada de materia y energía en el universo es constante.

La energía no se puede crear ni destruir por medio de ningún proceso. La energía se puede transformar en otras formas de energía o convertida en materia bajo circunstancias especiales como las reacciones nucleares.

Primera ley de la termodinámica

Primera ley de la termodinámica

Sistema: Las sustancias involucradas en los cambios químicos y físicos que se encuentran bajo estudio.

Alrededores: Todo lo demás. Universo: Es el sistema más los alrededores. Estado termodinámico de un sistema: está

definido por el conjunto de condiciones que especifican completamente todas las propiedades de un sistema. Este conjunto incluye comúnmente la temperatura, presión, composición y estado físico. Una vez el estado se especifica, todas las otras propiedades se fijan.

Algunas definiciones

¿Cuál es la ecuación de los gases ideales? PV=nRT Si se conoce P, V y T

ya conocemos n Si se conoce n, V y T

ya conocemos P Si se conoce P, V y n

ya conocemos T Si se conoce P, n y T

ya conocemos V

Estado termodinámico de un sistema. Ejemplo

El valor de una función de estado depende solamente del estado del sistema y no del modo en el que el sistema llegó a ese estado

La presión, el volumen y la temperatura son funciones de estado.

Un cambio en una función de estado describe una diferencia entre dos estados. Esto es independiente del proceso por medio del cual el cambio ocurre.

Función de estado

Función de estado

Usamos letra delta mayúscula∆, para representar cambios en una propiedad de un estado inicial a un estado final

∆Propiedad=Valor final de la propiedad – Valor inicial de la propiedad

Considere un bloque de hierro que inicialmente se encontraba a 25°C, luego se sumergió en un baño de agua hirviendo y por último en un baño de agua-hielo, ¿cuál es el ∆T del bloque de hierro?

Cambio en una función de estado

Cambio en una función de estado

T=25°C T=98°C T=0°C

∆T=TFinal – TInicial

∆T=0°C – 25°C = -25°C

Cambio en una función de estado

Entalpía Calorimetría Calor específico Capacidad calorífica Signos de delta H Ecuaciones termoquímicas

Falta

¿Qué es? Calor:

Calorimetría

Calorímetro tipo “taza de café”

Agregamos 3,358 kJ de calor a un calorímetro que contiene 50,00g de agua. La temperatura del agua y del calorímetro, que era originalmente 22,34°C, se incrementa hasta 36,74°C. Calcule la capacidad calorífica del calorímetro en J/°C. El calor específico del agua es 4,184 J/(g•°C)

Cp=24,0J/°C

Ejemplo 1

Una muestra de 50,0 mL de solución de sulfato de cobre (II) 0,400 M a 23,35°C se mezcla con 50,0 mL de solución de hidróxido de sodio 0,600 M, también a 23,35°C, en el calorímetro tipo “taza de café” del ejemplo 1. Después de que la reacción ocurre, la temperatura de la mezcla resultante es 25,23°C. La densidad de la solución final es 1,02 g/mL. Calcule la cantidad de calor liberado. Asuma que el calor específico de la solución es el mismo que el del agua pura, 4,184 J/(g•°C).

El calor liberado es 846J

Ejemplo 2

Escriba la ecuación termoquímica para el ejemplo anterior

CuSO4(ac)+2NaOH(ac)→Cu(OH)2(s)+Na2SO4(ac) ∆Hrnx=-56,4 kJ/mol

Ejemplo 3

Cuando el aluminio metálico se expone al oxígeno atmosférico (como en las puertas y ventanas de aluminio), se oxida para producir óxido de aluminio. ¿Cuánto calor se libera por la oxidación completa de 24,2 g de aluminio a 25°C y 1 atm?. La ecuación termoquímica es:

4Al(s)+3O2(g) →2Al2O3(s) ∆H=-3352 kJ/mol

Se liberan 751 kJ

Ejemplo 4

Estado estándar

FALTA

Para indicar un cambio a la presión estándar, se coloca un cero como superíndice.

Si se especifica una temperatura diferente a la del estado estándar de 25°C (298 K), se indica con un subíndice.

Si no aparece ningún subíndice, esto implica una temperatura de 25°C (298 K)

Notación

El cambio de entalpía estándar, ∆H0, para una reacción:

Reactivos →Productos

Se refiere al cambio de entalpía cuando un número específico de moles de reactivos, todos en el estado estándar, se convierten completamente a un número específico de productos, todos en el estado estándar.

Cambio de entalpía estandar

La entalpía estándar molar de formación, ∆H0

f, de una sustancia, es el cambio de entalpía para la reacción en la cual se forma un mol de sustancia en el estado especificado, a partir de sus elementos en sus estados estándar.

Por convención, ∆H0f para cualquier elemento

en su estado estándar se define como cero. Al ∆H0

f se le llama también calor de formación

Entalpía estándar molar de formación

Busque los siguientes elementos en el apéndice K, e indique cuál es su estado estándar◦ Bromo◦ Carbono◦ Cloro◦ Yodo◦ Oxígeno◦ Fósforo◦ Estaño

Ejemplo 5

Considere la siguiente reacción exotérmica a condiciones estándar:

H2(g) + Br2(l)→2HBr(g) ∆H0 = -72,8 kJ/mol

Calcule ∆H0f

∆H0f = -36,4 kJ/mol

Ejemplo 6

La entalpía estándar molar de formación del etanol, C2H5OH(l), es -277,7 kJ/mol. Escriba la ecuación termoquímica para la cual ∆H0 = -277,7 kJ/mol

2C(grafito)+3H2(g)+½O2(g)→C2H5OH(l) ∆H0 = -277,7 kJ/mol

Ejemplo 7

El cambio de entalpía para una reacción es el mismo así ocurra en un paso o en una serie de pasos.

∆H0rnx= ∆H0

a + ∆H0b + ∆H0

c

Ley de Hess