termodinÁmica y termoquÍmica

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TERMODINÁMICA Y TERMOQUÍMICATERMODINÁMICA Y TERMOQUÍMICATERMODINÁMICA Y TERMOQUÍMICATERMODINÁMICA Y TERMOQUÍMICA

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

Universidad de YaleUniversidad de Yale

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

Universidad de YaleUniversidad de Yale

2Termodinámica Termodinámica yyTermoquímicaTermoquímica

Calor, trabajo y funciones de Calor, trabajo y funciones de estadoestado

Termodinámica Termodinámica yyTermoquímicaTermoquímica

Calor, trabajo y funciones de Calor, trabajo y funciones de estadoestado

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Química y EnergíaQuímica y EnergíaQuímica y EnergíaQuímica y Energía

ENERGÍAENERGÍA es la capacidad de es la capacidad de realizar trabajo o transferir calor realizar trabajo o transferir calor

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

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

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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)

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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

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Química y EnergíaQuímica y EnergíaQuímica 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--

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Energía potencial y Energía potencial y cinéticacinética


Energía potencial: Energía potencial:

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

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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 La Energía potencial a escala potencial a escala

atómicaatómica


atómicaatómica

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

9La Energía La Energía potencial a escala potencial a escala

atómicaatómica


atómicaatómica• 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.

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Energía cinética: Energía cinética:

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

11Energía potencial y Energía potencial y cinéticacinética


translate

rotate

vibratetranslate

rotate

vibrate

Energía cinética: Energía cinética:

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

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Energía interna (U)Energía interna (U)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

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

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• A mayor A mayor temperatura, mayor temperatura, mayor energía interna.energía 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).

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TermodinámicaTermodinámicaTermodinámicaTermodinámica• 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.

16Direccionalidad de la Direccionalidad de la transferencia del calortransferencia del 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.

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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

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Química y energíaQuímica 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

19Cambios de energía Cambios de energía en los procesos en los procesos

químicosquímicos

Cambios de energía Cambios de energía en los procesos en los procesos

químicosquímicosReactants

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.

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Unidades de energíaUnidades de energíaUnidades 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

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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?

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Calor específicoCalor específicoCalor específicoCalor específico

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

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

a)a) La masa de la muestra (m)La masa de la muestra (m)b)b) La variación de temperatura (La variación de temperatura (T) T)

c) c) El El calor específico calor específico del material de la muestra (cdel material de la muestra (cee))

Q = m x ce x TT

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SustanciaSustancia 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

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Una 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 TTQ = m x ce x TT

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

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 TTQ = m x ce x TT

26Calor intercambiado sin Calor intercambiado sin cambios en el estado de cambios en el estado de

agregaciónagregaciónQ = m x ce x TTQ = m x ce x TT

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

agregaciónagregación

Calor intercambiado con Calor intercambiado con cambios en el estado de cambios en el estado de

agregaciónagregaciónInvolucran transferencia de energía Involucran transferencia de energía a T constantea T constante

Hielo + 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)

28

Calor intercambiado en Calor intercambiado en cambios de estado de cambios de estado de


Calor intercambiado en Calor intercambiado en cambios de estado de cambios de estado de


La vaporización requiere La vaporización requiere energía (calor).energía (calor).

Esa es la razón por la cualEsa es la razón por la cual

a)a) Sentimos frío al salir del Sentimos frío al salir del aguaagua

b)b) 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 aguaCurva de calentamiento del agua

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

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

30

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

Calor de vaporización del agua = 2260 J/gCalor de vaporización del agua = 2260 J/g

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

Calor de vaporización del agua = 2260 J/gCalor de vaporización 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 estadoCalor y cambios de estadoCalor y cambios de estado

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

31

¿Cuánto calor se necesita para llevar 500 g de hielo a vapor a ¿Cuánto calor se necesita para llevar 500 g de hielo a vapor a 100 100 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 1066 J = 1510 kJ J = 1510 kJ

Calor y cambios de estadoCalor y cambios de estadoCalor y cambios de estadoCalor y cambios de estado

32

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

ocurren?ocurren?

La primera pregunta la responde la La primera pregunta la responde la TERMODINÁMICATERMODINÁMICA la la segunda, la segunda, la CINÉTICA QUÍMICACINÉTICA QUÍMICA..

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

•• formación de un precipitadoformación de un precipitado

•• producción de gasesproducción de gases

•• producción de Hproducción de H22O en reacciones ácido-baseO en reacciones ácido-base

•• transferencia de electrones en una bateríatransferencia de electrones en una batería

33

Reactividad químicaReactividad químicaPero la energía transferida también nos permite predecir el Pero la energía transferida también nos permite predecir el

sentido de la reacción.sentido de la reacción.

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

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

34

Calor intercambiado Calor intercambiado en procesos físicosen procesos físicos


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

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

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

(g, -78 (g, -78 ooC)C)

• Ordenamiento regular de Ordenamiento regular de moléculas en el sólido moléculas en el sólido -----> moléculas en fase -----> moléculas en fase gaseosagaseosa

• Las moléculas de gas Las moléculas de gas tienen –promedialmente- tienen –promedialmente- mayor energía cinética mayor energía cinética que las del sólido.que las del sólido.

36

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

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

∆E = E(final) - E(inicial) = E(gas) - E(sólido)

COCO22

(sólido)(sólido)

COCO22 (gas) (gas)

37

Calor intercambiado en Calor intercambiado en procesos físicosprocesos físicos

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!

38

PRIMERA LEY DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICATERMODINÁMICA

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!

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

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

SISTEMASISTEMASISTEMASISTEMA

∆U = Q + W∆U = Q + W

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

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

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ENTALPÍAENTALPÍAENTALPÍAENTALPÍALa 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

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

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

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

41

Si Si HHfinalfinal < H < Hinicialinicial , entonces ∆H es negativo , entonces ∆H es negativo

El proceso es El proceso es EXOTÉRMICOEXOTÉRMICO

Si Si HHfinalfinal < H < Hinicialinicial , entonces ∆H es negativo , entonces ∆H es negativo

El proceso es El proceso es EXOTÉRMICOEXOTÉRMICO

Si Si HHfinalfinal > H > Hinicialinicial , entonces ∆H es positivo , entonces ∆H es positivo

El proceso es El proceso es ENDOTÉRMICOENDOTÉRMICO

Si Si HHfinalfinal > H > Hinicialinicial , entonces ∆H es positivo , entonces ∆H es positivo

El proceso es El proceso es ENDOTÉRMICOENDOTÉRMICO

ENTALPÍAENTALPÍAENTALPÍAENTALPÍA∆∆H = HH = Hfinalfinal - H - Hinicialinicial

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Considere la formación de aguaConsidere la formación de agua

HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) (g) ----> H> H22O(g) + O(g) + 241.8 kJ241.8 kJ

ENTALPÍAENTALPÍAENTALPÍAENTALPÍA

Reacción exotérmica — el calor es un Reacción exotérmica — el calor es un “producto” y ∆H = – 241.8 kJ“producto” y ∆H = – 241.8 kJ

43

Obtener HObtener H22O O líquidalíquida a partir a partir

de Hde H22 y O y O22 implica implica dosdos

pasos pasos exoexotérmicos. térmicos.

ENTALPÍAENTALPÍAENTALPÍAENTALPÍA

H2 + O2 gas

H2O líquidaH2O vapor

44

Obtener HObtener H22O O líquidalíquida a partir de H a partir de H22 y O y O22 implica implica dosdos

pasos pasos exoexotérmicos. térmicos.

HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) (g) ------> H> H22O(g) + 242 kJO(g) + 242 kJ

HH22O(g) O(g) ------> H> H22O(liq) + 44 kJ O(liq) + 44 kJ -----------------------------------------------------------------------

HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) (g) ------> H> H22O(liq) + 286 kJO(liq) + 286 kJ

LEY DELEY DE HESS:HESS:

Si una reacción puede plantearse como la Si una reacción puede plantearse como la suma de dos o más reacciones, su ∆H neto suma de dos o más reacciones, su ∆H neto es la suma de los ∆H de cada una tales es la suma de los ∆H de cada una tales reaccionesreacciones

ENTALPÍAENTALPÍA

45Ley de Hess y diagramas de Ley de Hess y diagramas de energíaenergía

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

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

46Ley de Hess y diagramas de Ley de Hess y diagramas de

energíaenergía

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

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

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• 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.

∆∆H por un camino =H por un camino =

∆∆H por otro caminoH por otro camino

∆∆H por un camino =H por un camino =

∆∆H por otro caminoH por otro camino

48

Variación de entalpía Variación de entalpía estándarestándar

Variación de entalpía Variación de entalpía estándarestándar

Muchos valores de ∆H son expresados como Muchos valores de ∆H son expresados como ∆H∆Hoo

Significa que ∆H fue medido en Significa que ∆H fue medido en condiciones estándar:condiciones estándar:

P = 1 bar = 10P = 1 bar = 1055 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 estándar:Con todas las especies en su estado estándar:

Por ejemplo: C (grafito), OPor ejemplo: C (grafito), O22(g) , Br (l), etc.(g) , Br (l), etc.

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

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

50

∆∆HHffoo

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

Es el cambio de entalpía que acompaña la Es el cambio de entalpía que acompaña la formación de formación de un molun mol de una sustancia en de una sustancia en estado estándar a partir de los elementos estado estándar a partir de los elementos que la constituyen en estado estándarque la constituyen en estado estándar

Es el cambio de entalpía que acompaña la Es el cambio de entalpía que acompaña la formación de formación de un molun mol de una sustancia en de una sustancia en estado estándar a partir de los elementos estado estándar a partir de los elementos que la constituyen en estado estándarque la constituyen en estado estándar

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

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

Supongamos que queremos conocer el Supongamos que queremos conocer el ∆H∆Ho o de la de la reacción:reacción:

HH22O(g) + C(grafito) --> HO(g) + C(grafito) --> H22(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”)”)

53Uso de tablas de Uso de tablas de ∆H∆Hff

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

HH22O(g) + C(grafito) O(g) + C(grafito) ----> H> H22(g) + CO(g) (g) + CO(g)

En tablas encontramos:En tablas encontramos:

• HH22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) --> H(g) --> H22O(g) ∆HO(g) ∆Hff˚ = - 242 kJ/mol˚ = - 242 kJ/mol

• C(s) + 1/2 OC(s) + 1/2 O22(g) --> CO(g)(g) --> CO(g) ∆H ∆Hff˚ = - 111 kJ/mol˚ = - 111 kJ/mol

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

HH22O(g) --> HO(g) --> H22(g) + 1/2 O(g) + 1/2 O22(g) ∆H(g) ∆Hoo = 242 kJ = 242 kJ

C(s) + 1/2 OC(s) + 1/2 O22(g) --> CO(g)(g) --> CO(g) ∆H∆Hoo = -111 kJ = -111 kJ

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

Obtener gas de agua a partir de agua y grafito, en la relación Obtener gas de agua a partir de agua y grafito, en la relación

indicada en la ecuación indicada en la ecuación requiere requiere de 131 kJ de energía. de 131 kJ de energía.

La reacción es La reacción es ENDOENDOtérmica.térmica.

HH22O(g) + C(grafito) O(g) + C(grafito) ----> H> H22(g) + CO(g)(g) + CO(g)

∆∆HHoonetoneto = 131 kJ = 131 kJ

HH22O(g) + C(grafito) O(g) + C(grafito) ----> H> H22(g) + CO(g)(g) + CO(g)

∆∆HHoonetoneto = 131 kJ = 131 kJ

55

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

En general, si conocemos En general, si conocemos

todos los ∆Htodos los ∆Hffo o de reactivos y de reactivos y

productos:productos:

¿∆H de reacción?¿∆H de reacción?

∆∆HHooreaccreacc = = ∆H ∆Hff

oo (productos) - (productos) - ∆H ∆Hff

oo (reactivos)(reactivos)∆∆HHoo

reaccreacc = = ∆H ∆Hffoo (productos) - (productos) - ∆H ∆Hff

oo (reactivos)(reactivos)

Recuerde que siempre: ∆ = final – inicial

56


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 ∆Hooreaccreacc para: para:

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


oo (prod) - (prod) - ∆H ∆Hff

oo (react)(react)

57


∆∆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)


oo (prod) - (prod) - ∆H ∆Hff

oo (react)(react)

58

Midiendo el calor de reacciónCALORIMETRÍACALORIMETRÍACALORIMETRÍACALORIMETRÍA

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.

59

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

60

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/KLa capacidad calorífica de la bomba es 837 J/K

Determinando el calor de Determinando el calor de reacciónreacción




61

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 reacciónDeterminar el calor de reacción

41,170 J + 6860 J + Q41,170 J + 6860 J + Qcomb = 0 = 0

QQcomb (para 1,0 g de octano) = - 48.0 kJ/g (para 1,0 g de octano) = - 48.0 kJ/g





62

TRADUCCIÓN Y ADECUACIÓNTRADUCCIÓN Y ADECUACIÓNTRADUCCIÓN Y ADECUACIÓNTRADUCCIÓN Y ADECUACIÓN

termodinÁmica y termoquÍmica

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