termodinam y termoquímica

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1 TERMODINÁMICA Y TERMOQUÍMICA TERMODINÁMICA Y TERMOQUÍMICA Basado en el trabajo del Prof. Víctor Batista Basado en el trabajo del Prof. Víctor Batista Universidad de Yale Universidad de Yale

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Page 1: Termodinam y termoquímica

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TERMODINÁMICA Y TERMOQUÍMICATERMODINÁMICA Y TERMOQUÍMICA

Basado en el trabajo del Prof. Víctor BatistaBasado en el trabajo del Prof. Víctor Batista

Universidad de YaleUniversidad de Yale

Page 2: Termodinam y termoquímica

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Termodinámica yTermodinámica yTermoquímicaTermoquímicaCalor, trabajo y funciones de estadoCalor, trabajo y funciones de estado

Page 3: Termodinam y termoquímica

3

Química y EnergíaQuímica y EnergíaENERGÍAENERGÍA es la capacidad de es la capacidad de

realizar trabajo o transferir realizar trabajo o transferir calor calor

CALORCALOR es una forma de es una forma de energía que fluye entre dos energía que fluye entre dos cuerpos que tienen distinta cuerpos que tienen distinta temperatura.temperatura.

Existen otras formas:Existen otras formas:• electromagnéticaelectromagnética• eléctricaeléctrica• cinéticacinética• potencialpotencial

Page 4: Termodinam y termoquímica

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Química y EnergíaQuímica y Energía

• La combustión de unos pocos maníes aporta suficiente energía como para llevar a ebullición el agua del recipiente

• ““La energía del azúcar” La energía del azúcar” (la sacarosa reacciona (la sacarosa reacciona con el clorato de con el clorato de potasio, KClOpotasio, KClO33, un , un agente oxidante fuerte)agente oxidante fuerte)

Page 5: Termodinam y termoquímica

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Química y EnergíaQuímica y Energía

• En estas reacciones se favorece la En estas reacciones se favorece la formación de los formación de los productosproductos..

• Esto significa que transcurre en forma Esto significa que transcurre en forma casi completa desde los reactivos hacia casi completa desde los reactivos hacia los productoslos productos

Page 6: Termodinam y termoquímica

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Química y EnergíaQuímica y Energía2 H2 H22(g) + O(g) + O22(g) (g) ------> 2 H> 2 H22O(g) + calor y luzO(g) + calor y luz

Esta reacción puede utilizarse para generar Esta reacción puede utilizarse para generar ENERGÍA ENERGÍA ELÉCTRICAELÉCTRICA en una en una célula de combustiblecélula de combustible..

Oxidación:Oxidación:

2 H2 H22 ------> 4 H> 4 H++ + + 4 e4 e--

Reducción:Reducción:

4 e4 e-- + O + O22 + 2 H + 2 H22O O ------> 4 OH> 4 OH--

Page 7: Termodinam y termoquímica

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Energía potencial y cinéticaEnergía potencial y cinética

Energía Energía potencial: potencial:

Es la energía Es la energía que posee un que posee un cuerpo en cuerpo en virtud de su virtud de su posició n.posició n.

Page 8: Termodinam y termoquímica

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• Las partículas positivas y negativas conocidas como iones se atraen entre sí.

• Los átomos forman enlaces

• Cuando estas partículas se acercan, la energía potencial disminuye.

La Energía potencial a La Energía potencial a escala atómicaescala atómica

NaCl (compuesto NaCl (compuesto por iones Napor iones Na++ y Cl y Cl--))

Page 9: Termodinam y termoquímica

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La Energía potencial La Energía potencial a escala atómicaa escala atómica

• Las partículas positivas y negativas conocidas como iones se atraen entre sí.

• Los átomos forman enlaces

• Cuando estas partículas se acercan, la energía potencial disminuye.

Page 10: Termodinam y termoquímica

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Energía potencial y cinéticaEnergía potencial y cinética

Energía Energía ciné tica: ciné tica:

Energía Energía asociada al asociada al movimiento de movimiento de los cuerposlos cuerpos

Page 11: Termodinam y termoquímica

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Energía potencial y cinéticaEnergía potencial y cinética

translate

rotate

vibrate

Energía Energía ciné tica: ciné tica:

Energía Energía asociada al asociada al movimiento de movimiento de los cuerposlos cuerpos

Page 12: Termodinam y termoquímica

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Energía interna (U)Energía interna (U)

• EP + EC = Energía interna (U)EP + EC = Energía interna (U)• La energía interna de un sistema La energía interna de un sistema

depende de:depende de:• el n° de partículas el n° de partículas • el tipo de partículasel tipo de partículas• la temperaturala temperatura

Page 13: Termodinam y termoquímica

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Energía interna (U)Energía interna (U)• EP + EC = Energía interna (U)EP + EC = Energía interna (U)

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Page 14: Termodinam y termoquímica

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Energía interna (U)Energía interna (U)• A mayor A mayor

temperatura, temperatura, mayor energía mayor energía interna.interna.

• Por ello, utilizamos Por ello, utilizamos los cambios en T los cambios en T (∆T) para (∆T) para monitorear los monitorear los cambios en U (∆U).cambios en U (∆U).

Page 15: Termodinam y termoquímica

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TermodinámicaTermodinámica• Es la rama de la física que se ocupa de los

efectos de los intercambios de calor.

La energía térmica está asociada al La energía térmica está asociada al movimiento molecularmovimiento molecular

El calor se transfiere hasta que se alcanza el equilibrio térmico.

Page 16: Termodinam y termoquímica

16Direccionalidad de la transferencia Direccionalidad de la transferencia del calordel calor

• El calor se transfiere espontáneamente desde un cuerpo más “caliente” (a mayor T) hacia otro más “frío” (a menor T)

• En un proceso exotérmico el calor se transfiere desde el sistema hacia el entorno.

Page 17: Termodinam y termoquímica

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• El calor se transfiere espontáneamente desde un cuerpo más “caliente” (a mayor T) hacia otro más “frío” (a menor T)

• En un proceso endotérmico el calor se transfiere desde el entorno hacia el sistema.

Direccionalidad de la transferencia Direccionalidad de la transferencia del calordel calor

Page 18: Termodinam y termoquímica

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Química y energíaToda la termodinámica se basa en 4 Toda la termodinámica se basa en 4 principios. El primero es conocido como:principios. El primero es conocido como:

LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍALEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA• La energía debe conservarse en una reacción La energía debe conservarse en una reacción

químicaquímica

• Si la EP de los productos es menor que la de Si la EP de los productos es menor que la de los reactivos, la diferencia debe los reactivos, la diferencia debe correspondera a la ECcorrespondera a la EC

Page 19: Termodinam y termoquímica

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Cambios de energía en Cambios de energía en los procesos químicoslos procesos químicos

Reactants

Products

Kinetic Energy

PE

La La EPEP del sistema disminuye. La del sistema disminuye. La ECEC aumenta. aumenta. Por lo tanto, Por lo tanto, TT debe aumentar. debe aumentar.

Page 20: Termodinam y termoquímica

20Unidades de energíaUnidades de energía

1 caloría = calor requerido para 1 caloría = calor requerido para elevar la T de 1.00 g de Helevar la T de 1.00 g de H22O en 1.0 O en 1.0 ooC.C.1000 cal = 1 kilocaloría = 1 kcal1000 cal = 1 kilocaloría = 1 kcalLa caloría es una unidad usual que La caloría es una unidad usual que tiende a ser sustituída por el tiende a ser sustituída por el JOULEJOULE, , la unidad de energía del SIla unidad de energía del SI

1 cal = 4.184 joules1 cal = 4.184 joulesJames JouleJames Joule

1818-18891818-1889

Page 21: Termodinam y termoquímica

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CAPACIDAD CALORÍFICACAPACIDAD CALORÍFICA

Es el calor requerido para elevar la T de un cuerpo en 1 ˚C.

¿Cuál tiene mayor capacidad calorífica?¿Cuál tiene mayor capacidad calorífica?

Page 22: Termodinam y termoquímica

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Calor específicoCalor específico

¿Cuánta energía es transferida ¿Cuánta energía es transferida cuando se produce un cambio de cuando se produce un cambio de temperatura?temperatura?

El calor El calor (Q)(Q) “perdido” o “ganado” “perdido” o “ganado” depende de:depende de:

a)a) La masa de la muestra (m)La masa de la muestra (m)• La variació n de temperatura (La variació n de temperatura ( ∆∆T) T) c) c) El El calor específico calor específico del material de la del material de la

muestra (cmuestra (cee))

Q = m x ce x ∆∆TT

Page 23: Termodinam y termoquímica

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Calor específicoCalor específicoSustanciaSustancia Ce (J/g•K) Ce (J/g•K)

HH22OO 4.1844.184

Ethilen glicolEthilen glicol 2.392.39

AlAl 0.8970.897

VidrioVidrio 0.840.84AluminioAluminio

AguaAgua

ATENCIÓN:

•El ce varía con el estado de agregación del material

•El vidrio no es en realidad una sustancia

Page 24: Termodinam y termoquímica

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Calor específicoCalor específicoUna masa de 25.0 g de Al se Una masa de 25.0 g de Al se enfría de 310 enfría de 310 ooC a 37 C a 37 ooC. C.

¿Cuánta energía térmica fue ¿Cuánta energía térmica fue transferida por el Al al transferida por el Al al ambiente?ambiente?

Q = m x ce x ∆∆TT

Page 25: Termodinam y termoquímica

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Calor específicoCalor específicoUna masa de 25.0 g de Al se enfría de 310 Una masa de 25.0 g de Al se enfría de 310 ooC a 37 C a 37 ooC. C.

¿Cuánta energía térmica fue transferida por del Al al ¿Cuánta energía térmica fue transferida por del Al al ambiente?ambiente?

donde ∆T = Tdonde ∆T = Tfinalfinal - T - Tinicialinicial

Q = (0.897 J/g•K)(25.0 g)(37 - 310)KQ = (0.897 J/g•K)(25.0 g)(37 - 310)K

Q = - 6120 JQ = - 6120 J Note que el signo negativo de Q indica que el calor fue transferido Note que el signo negativo de Q indica que el calor fue transferido por el aluminio. por el aluminio.

El proceso es exotérmicoEl proceso es exotérmico

Q = m x ce x ∆∆TT

Page 26: Termodinam y termoquímica

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Calor intercambiado sin cambios Calor intercambiado sin cambios en el estado de agregaciónen el estado de agregación

Q = m x ce x ∆∆TT

Page 27: Termodinam y termoquímica

27Calor intercambiado con cambios Calor intercambiado con cambios en el estado de agregaciónen el estado de agregación

Involucran transferencia de energía Involucran transferencia de energía a T constantea T constanteHielo + 333 J/g (calor de fusión) Hielo + 333 J/g (calor de fusión) ----------> agua líquida> agua líquida

Q = (calor de fusión)(masa)Q = (calor de fusión)(masa)

Page 28: Termodinam y termoquímica

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Calor intercambiado en cambios Calor intercambiado en cambios de estado de agregaciónde estado de agregación

La vaporizació n requiere La vaporizació n requiere energía (calor).energía (calor).

Esa es la razó n por la Esa es la razó n por la cualcual

a)a) Sentimos frío al salir Sentimos frío al salir del aguadel agua

• Usamos agua para Usamos agua para apagar el fuegoapagar el fuego

+ energía

Líquido Líquido ------> Vapor> Vapor

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calentamientocalentamiento

vaporizaciónvaporización

fusiónfusión

Curva de calentamiento del agua

La T permanece constante La T permanece constante durante los cambios de estadodurante los cambios de estado

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Calor de fusió n del agua = 333 J/gCalor de fusió n del agua = 333 J/gCalor específico del agua = 4.2 J/g•KCalor específico del agua = 4.2 J/g•K

Calor de vaporizació n del agua = 2260 J/gCalor de vaporizació n del agua = 2260 J/g

¿Cuánto calor se necesita para llevar ¿Cuánto calor se necesita para llevar 500. g de hielo a vapor a 100 500. g de hielo a vapor a 100 ooC?C?

Calor y cambios de estadoCalor y cambios de estado

+333 J/g+333 J/g +2260 J/g+2260 J/g

Page 31: Termodinam y termoquímica

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¿Cuánto calor se necesita para llevar 500 g de hielo a ¿Cuánto calor se necesita para llevar 500 g de hielo a vapor a 100 vapor a 100 ooC? C?

1. Para fundir el hielo1. Para fundir el hielo

QQ11 = (500 g)(333 J/g) = 1.67 x 10 = (500 g)(333 J/g) = 1.67 x 1055 J J

2.2. Para llevar el agua líquida de 0 Para llevar el agua líquida de 0 ooC a 100 C a 100 ooCC

QQ22 = (500. g)(4.2 J/g•K)(100 - 0)K = 2.1 x 10 = (500. g)(4.2 J/g•K)(100 - 0)K = 2.1 x 1055 J J

3.3. Para evaporar el agua a 100 Para evaporar el agua a 100 ooCC

Q = (500. g)(2260 J/g) = 1.13 x 10Q = (500. g)(2260 J/g) = 1.13 x 1066 J J

Q total = 1.51 x 10Q total = 1.51 x 10 66 J = 1510 kJ J = 1510 kJ

Calor y cambios de estadoCalor y cambios de estado

Page 32: Termodinam y termoquímica

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Reactividad químicaReactividad química¿Por qué ocurren las reacciones químicas? ¿Por qué ocurren las reacciones químicas?

¿Có mo ocurren?¿Có mo ocurren?La primera pregunta la responde la La primera pregunta la responde la TERMODINÁMICATERMODINÁMICA la segunda, la la segunda, la CINÉTICA QUÍMICACINÉTICA QUÍMICA..

Ya vimos que existen fuerzas capaces de Ya vimos que existen fuerzas capaces de favorecer la formació n de los productos:favorecer la formació n de los productos:

•• formació n de un precipitadoformació n de un precipitado•• producció n de gasesproducció n de gases•• producció n de Hproducció n de H 22O en reacciones ácido-baseO en reacciones ácido-base•• transferencia de electrones en una bateríatransferencia de electrones en una batería

Page 33: Termodinam y termoquímica

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Reactividad químicaReactividad químicaPero la energía transferida tambié n nos permite Pero la energía transferida tambié n nos permite

predecir el sentido de la reacció n.predecir el sentido de la reacció n.

En general, las reacciones que transfieren En general, las reacciones que transfieren energía al entorno (exotérmicas) favorecen la energía al entorno (exotérmicas) favorecen la obtención de los productosobtención de los productos

Por lo tanto, consideremos la transferencia de calor en Por lo tanto, consideremos la transferencia de calor en los procesos químicos.los procesos químicos.

Page 34: Termodinam y termoquímica

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Calor intercambiado en Calor intercambiado en procesos físicosprocesos físicos

COCO 2 2 (s, -78 (s, -78 ooC) C) ------> CO> CO 2 2 (g, -78 (g, -78 ooC)C)

El calor es transferido del entorno al sistema en un proceso endotérmico.

Page 35: Termodinam y termoquímica

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Calor intercambiado en Calor intercambiado en procesos físicosprocesos físicos

• COCO 2 2 (s, -78 (s, -78 ooC) C) ------> > COCO 2 2 (g, -78 (g, -78 ooC)C)

• Ordenamiento regular Ordenamiento regular de molé culas en el de molé culas en el só lido só lido -----> molé culas en -----> molé culas en fase gaseosafase gaseosa

• Las molé culas de gas Las molé culas de gas tienen –tienen –promedialmente- promedialmente- mayor energía mayor energía ciné tica que las del ciné tica que las del só lido.só lido.

Page 36: Termodinam y termoquímica

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Diagrama energético Diagrama energético para la transferencia de para la transferencia de calor analizadacalor analizada

∆E = E(final) - E(inicial) = E(gas) - E(só lido)

COCO22

(sólido)(sólido)

COCO22 (gas) (gas)

Page 37: Termodinam y termoquímica

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Calor intercambiado en Calor intercambiado en procesos físicosprocesos físicos

• Las moléculas de COLas moléculas de CO2 2 aumentaron su energía aumentaron su energía

cinética.cinética.

• Pero además, fue realizado un Pero además, fue realizado un TRABAJOTRABAJO cuando el sistema se expandió “empujando” a la cuando el sistema se expandió “empujando” a la atmósfera .atmósfera .

COCO2 2 (s, -78 (s, -78 ooC) C) ------> CO> CO2 2 (g, -78 (g, -78 ooC)C)

¡Dos fenómenos han ocurrido!¡Dos fenómenos han ocurrido!

Page 38: Termodinam y termoquímica

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PRIMERA LEY DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICATERMODINÁMICA

∆∆U = Q + wU = Q + w

Calor intercambiadoCalor intercambiado

Variación de laVariación de laenergía internaenergía interna

TrabajoTrabajo

¡La energía se conserva!¡La energía se conserva!

Page 39: Termodinam y termoquímica

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Calor liberadoCalor liberado(exotérmico), Q<0(exotérmico), Q<0

Calor absorbidoCalor absorbido(endotérmico), Q>0(endotérmico), Q>0

SISTEMASISTEMA

∆U = Q + W

Trabajo recibidoTrabajo recibido(W>0)(W>0)

Trabajo realizadoTrabajo realizado(W<0)(W<0)

Page 40: Termodinam y termoquímica

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ENTALPÍAENTALPÍALa mayoría de las reacciones químicas ocurren a La mayoría de las reacciones químicas ocurren a

P constante. Por lo tanto:P constante. Por lo tanto:

Y como ∆U = ∆H + W (y W suele ser pequeño)Y como ∆U = ∆H + W (y W suele ser pequeño)

∆∆H = calor intercambiado a P constante ≈ ∆EH = calor intercambiado a P constante ≈ ∆E

∆∆H = HH = Hfinalfinal - H - Hinicialinicial

Calor intercambiado a P constante = QCalor intercambiado a P constante = Qpp

QQpp = = H ∆H ∆ donde donde H = entalpíaH = entalpía

Page 41: Termodinam y termoquímica

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Si Si HH finalfinal < H < H inicialinicial , entonces H es negativo∆ , entonces H es negativo∆

El proceso es El proceso es EXOTÉ RMICOEXOTÉ RMICO

Si Si HH finalfinal > H > H inicialinicial , entonces H es positivo∆ , entonces H es positivo∆

El proceso es El proceso es ENDOTÉ RMICOENDOTÉ RMICO

ENTALPÍAENTALPÍA∆∆H = HH = H finalfinal - H - H inicialinicial

Page 42: Termodinam y termoquímica

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Considere la formació n de aguaConsidere la formació n de agua

HH 22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O 22(g) (g) ----> H> H 22O(g) + O(g) + 241.8 kJ241.8 kJ

ENTALPÍAENTALPÍA

Reacció n exoté rmica — el calor es un Reacció n exoté rmica — el calor es un “producto” y H = – 241.8 kJ∆“producto” y H = – 241.8 kJ∆

Page 43: Termodinam y termoquímica

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Obtener HObtener H 22O O líquidalíquida a a partir de Hpartir de H 22 y O y O 22 implica implica dosdos pasos pasos exoexoté rmicos. té rmicos.

ENTALPÍAENTALPÍA

H2 + O2 gas

H2O líquidaH2O vapor

Page 44: Termodinam y termoquímica

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Obtener HObtener H 22O O líquidalíquida a partir de H a partir de H 22 y O y O 22 implica implica dosdos pasos pasos exoexoté rmicos. té rmicos.

HH 22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O 22(g) (g) ------> H> H 22O(g) + 242 kJO(g) + 242 kJ

HH 22O(g) O(g) ------> H> H 22O(liq) + 44 kJ O(liq) + 44 kJ -----------------------------------------------------------------------

HH 22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O 22(g) (g) ------> H> H 22O(liq) + 286 kJO(liq) + 286 kJ

LEY DELEY DE HESS:HESS:Si una reacción puede plantearse como la suma Si una reacción puede plantearse como la suma de dos o más reacciones, su ∆H neto es la de dos o más reacciones, su ∆H neto es la suma de los ∆H de cada una tales reaccionessuma de los ∆H de cada una tales reacciones

ENTALPÍAENTALPÍA

Page 45: Termodinam y termoquímica

45

Ley de Hess y diagramas de energíaLey de Hess y diagramas de energía

La formación de H2O puede ocurrir en uno o dos pasos.

∆Htotal es el mismo, no importa en cuantos pasos ocurra el proceso.

Page 46: Termodinam y termoquímica

46

Ley de Hess y diagramas de energíaLey de Hess y diagramas de energía

La formación de CO2 puede ocurrir en uno o dos pasos.

∆Htotal es el mismo, no importa en cuantos pasos ocurra el proceso.

Page 47: Termodinam y termoquímica

47

• Ésto es válido porque Ésto es válido porque ∆H es una ∆H es una FUNCIÓN DE ESTADOFUNCIÓN DE ESTADO

• Éstas dependen únicamente del Éstas dependen únicamente del estado del sistema y no de cómo el estado del sistema y no de cómo el sistema llegó a tal estadosistema llegó a tal estado

• V, T, P, energía … y tu cuenta V, T, P, energía … y tu cuenta bancaria, son funciones de estadobancaria, son funciones de estado

• A diferencia de V, T, y P, no podemos A diferencia de V, T, y P, no podemos medir el valor absoluto de H. Sólo medir el valor absoluto de H. Sólo podemos medir ∆H.podemos medir ∆H.

Σ Σ ∆∆H por un camino =H por un camino =

Σ Σ ∆∆H por otro caminoH por otro camino

Page 48: Termodinam y termoquímica

48

Variación de entalpía estándarVariación de entalpía estándarMuchos valores de H son expresados ∆Muchos valores de H son expresados ∆

como como H∆H∆ oo Significa que H fue medido en ∆Significa que H fue medido en ∆

condiciones estándar:condiciones estándar:P = 1 bar = 10P = 1 bar = 10 55 Pa = 1 atm /1.01325 Pa = 1 atm /1.01325 Concentration = 1 mol/LConcentration = 1 mol/LT = 25 T = 25 ooCC

Con todas las especies en su estado Con todas las especies en su estado estándar:estándar:

Por ejemplo: C (grafito), OPor ejemplo: C (grafito), O 22(g) , Br (l), etc.(g) , Br (l), etc.

Page 49: Termodinam y termoquímica

49

HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) (g) ----> H> H22O(g)O(g)

∆∆H˚ = -242 kJH˚ = -242 kJ

2 H2 H22(g) + O(g) + O22(g) (g) ----> 2 H> 2 H22O(g)O(g)

∆∆H˚ = -484 kJH˚ = -484 kJ

HH22O(g) O(g) ----> H> H22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) (g)

∆∆H˚ = +242 kJH˚ = +242 kJ

HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) (g) ----> H> H22O(l)O(l)

∆∆H˚ = -286 kJH˚ = -286 kJ

Depende de Depende de cómo fue escrita la ecuacióncómo fue escrita la ecuación y de los y de los estados de los reactivos y productosestados de los reactivos y productos

∆∆HHoo

Page 50: Termodinam y termoquímica

50

∆∆HHffoo

(entalpía molar de formación estándar)(entalpía molar de formación estándar)

Es el cambio de entalpía que Es el cambio de entalpía que acompañ a la formació n de acompañ a la formació n de un molun mol de de una sustancia en estado estándar a una sustancia en estado estándar a partir de los elementos que la partir de los elementos que la constituyen en estado estándarconstituyen en estado estándar

Page 51: Termodinam y termoquímica

51∆∆HHffoo

(entalpía molar de formación (entalpía molar de formación estándar)estándar)

HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) (g) ----> H> H22O(g)O(g)

∆∆HHffoo (H (H22O, g)= -241.8 kJ/molO, g)= -241.8 kJ/mol

Por definición: Por definición:

∆∆HHffoo

= 0 , para un elemento en su = 0 , para un elemento en su

estado estándarestado estándar

Page 52: Termodinam y termoquímica

52Uso de tablas de Uso de tablas de ∆H∆Hffoo

Supongamos que queremos conocer el Supongamos que queremos conocer el ∆H∆Ho o

de la reacció n:de la reacció n: HH 22O(g) + C(grafito) --> HO(g) + C(grafito) --> H 22(g) + CO(g)(g) + CO(g)

(la mezcla de los productos se conoce (la mezcla de los productos se conoce como “como “ gas de aguagas de agua” )” )

Page 53: Termodinam y termoquímica

53Uso de tablas de Uso de tablas de ∆H∆Hffoo

HH 22O(g) + C(grafito) O(g) + C(grafito) ----> H> H 22(g) + CO(g) (g) + CO(g)

En tablas encontramos:En tablas encontramos:

• HH 22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O 22(g) --> H(g) --> H 22O(g) H∆O(g) H∆ ff = - 242 ˚ = - 242 ˚

kJ/molkJ/mol

• C(s) + 1/2 OC(s) + 1/2 O 22(g) --> CO(g)(g) --> CO(g) H∆ H∆ ff = - 111 ˚ = - 111 ˚

kJ/molkJ/mol

Page 54: Termodinam y termoquímica

54Uso de tablas de Uso de tablas de ∆H∆Hffoo

HH 22O(g) --> HO(g) --> H 22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O 22(g) H∆(g) H∆ oo = 242 kJ = 242 kJ

C(s) + 1/2 OC(s) + 1/2 O 22(g) --> CO(g)(g) --> CO(g) H∆H∆ oo = -111 kJ = -111 kJ

--------------------------------------------------------------------------------

Obtener gas de agua a partir de agua y grafito, en la Obtener gas de agua a partir de agua y grafito, en la relació n indicada en la ecuació n relació n indicada en la ecuació n requiere requiere de 131 kJ de de 131 kJ de energía. energía.

La reacció n es La reacció n es ENDOENDOté rmica.té rmica.

HH 22O(g) + C(grafito) O(g) + C(grafito) ----> H> H 22(g) + CO(g)(g) + CO(g)

∆∆HH oonetoneto = 131 kJ = 131 kJ

Page 55: Termodinam y termoquímica

55

Uso de tablas de Uso de tablas de ∆H∆Hffoo

En general, si conocemos En general, si conocemos todos los ∆Htodos los ∆Hff

o o de reactivos y de reactivos y

productos:productos:

¿∆H de reacción?¿∆H de reacción?

∆∆HHooreaccreacc = = ΣΣ H∆ H∆ ff

oo (productos) - (productos) - ΣΣ H∆ H∆ ff

oo (reactivos)(reactivos)

Recuerde que siempre: ∆ = final – inicial

Page 56: Termodinam y termoquímica

56

Uso de tablas de Uso de tablas de ∆H∆Hffoo

Calcular el calor de combustión del metanol; Calcular el calor de combustión del metanol; o lo que es lo mismo, el ∆Ho lo que es lo mismo, el ∆Hoo

reaccreacc para: para:

CHCH33OH(g) + 3/2 OOH(g) + 3/2 O22(g) (g) ----> CO> CO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(g)O(g)

∆∆HHooreaccreacc = = ΣΣ ∆H ∆Hff

oo (prod) - (prod) - ΣΣ ∆H ∆Hff

oo (react)(react)

Page 57: Termodinam y termoquímica

57Uso de tablas de Uso de tablas de ∆H∆Hffoo

∆∆HHooreaccreacc = ∆H = ∆Hff

oo (CO(CO22) + 2 ∆H) + 2 ∆Hff

oo (H(H22O) O)

- {3/2 ∆H- {3/2 ∆Hffoo

(O(O22) + ∆H) + ∆Hffoo

(CH(CH33OH)} OH)}

= (-393.5 kJ) + 2 (-241.8 kJ) = (-393.5 kJ) + 2 (-241.8 kJ)

- {0 + (-201.5 kJ)}- {0 + (-201.5 kJ)}

∆∆HHooreaccreacc = -675.6 kJ por mol de metanol = -675.6 kJ por mol de metanol

CHCH33OH(g) + 3/2 OOH(g) + 3/2 O22(g) (g) ----> CO> CO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(g)O(g)

∆∆HHooreaccreacc = = ΣΣ H∆ H∆ ff

oo (prod) - (prod) - ΣΣ H∆ H∆ ff

oo (react)(react)

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Midiendo el calor de reacciónCALORIMETRÍACALORIMETRÍA

A volumen constante: La “Bomba

calorimétrica”• Se quema una

muestra en forma completa.

• Se mide el calor intercambiado con el líquido calorimétrico (agua).

• Se deduce el ∆U de la reacción.

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CALORIMETRÍACALORIMETRÍA

Parte del calor de reacción se transfiere al aguaQagua = (magua)(Ceagua)(∆Tagua)

Parte del calor de reacción se transfiere a la “bomba”Qbomba = (Cbomba)(∆Tbomba)

Qreacción + Qagua + Qbomba = 0

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Determinemos el calor de combustión del octano: Determinemos el calor de combustión del octano:

CC88HH1818 + 25/2 O + 25/2 O22 --> 8 CO --> 8 CO22 + 9 H + 9 H22OO

•• Se queman en la “bomba” 1.00 g de octanoSe queman en la “bomba” 1.00 g de octano• La temperatura sube de 25.00 °C a 33.20 La temperatura sube de 25.00 °C a 33.20 ooCC• El calorímetro contiene 1200 g de aguaEl calorímetro contiene 1200 g de agua• La capacidad calorífica de la bomba es 837 J/La capacidad calorífica de la bomba es 837 J/

KK

Determinando el calor de reacciónDeterminando el calor de reacciónCALORIMETRÍACALORIMETRÍA

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Paso 1Paso 1 Calcular el calor transferido al agua.Calcular el calor transferido al agua.QQagua = (4.184 J/g•K)(1200 g)(8.20 K) = 41,170 J = (4.184 J/g•K)(1200 g)(8.20 K) = 41,170 J

Paso 2Paso 2 Calcular el calor transferido a la bomba. Calcular el calor transferido a la bomba.QQbomba= (= (Cbomba)( T)∆)( T)∆

QQbomba = (837 J/K)(8.20 K) = 6860 J = (837 J/K)(8.20 K) = 6860 J

Paso 3Paso 3 Determinar el calor de reacció nDeterminar el calor de reacció n 41,170 J + 6860 J + Q41,170 J + 6860 J + Qcomb = 0 = 0QQcomb (para 1,0 g de octano) = - 48.0 kJ/g (para 1,0 g de octano) = - 48.0 kJ/g

Determinando el calor de reacciónDeterminando el calor de reacciónCALORIMETRÍACALORIMETRÍA

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TRADUCCIÓN Y ADECUACIÓNTRADUCCIÓN Y ADECUACIÓN