termoquc3admica 2 bach

T E R M O Q U Í M I C A*
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T E R M O Q U Í M I C A
Los intercambios energéticos en las reacciones químicas.
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ENTALPÍA:
Concepto
LA ENTROPÍA
ESPONTANEIDAD DE LAS REACCIONES QUÍMICAS.
ENERGÍA LIBRE DE GIBBS
CUATRO TIPOS DE REACCIONES
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La termodinámica se encarga del estudio de las trasferencias de energía entre los sistemas.
CONCEPTOS
Entorno: resto del universo.
Trabajo (W)
Calor (Q)
NEGATIVO: todo aquello que la disminuye
Si el sistema gana energía el entorno la pierde.
Si el sistema pierde energía significa que el entorno la gana.
A la energía que tiene un sistema se llama ENERGÍA INTERNA (DU). Por lo tanto:
El cambio de energía interna de un sistema DU, es igual
a la suma del calor y trabajo intercambiados con el entorno
DU = Q + W
El volumen varía:
V1 : volumen inicial
V2: volumen final.
W = - p . DV
Es el sistema el que lo realiza.
Por lo tanto tiene que ser negativo. (disminuye su energía)
Por eso (W = - p . DV ) : DV > 0 y W < 0
Si hay una trabajo de CONTRACCIÓN: (V2 < V1)
Se realiza sobre el sistema.
Por lo tanto tiene que ser positivo (incrementa su energía)
Por eso (W = - p . DV ) : DV < 0 y W > 0.
PROCESOS A VOLUMEN CONSTANTE
En todo proceso de intercambio de energía intervienen: calor (Q) y trabajo (W)
Si el proceso es a volumen constante DV = 0.
Por lo tanto W = 0, y entonces....
DU = Q
CONSTANTE
En todo proceso de intercambio de energía intervienen: calor (Q) y trabajo (W)
Así suceden la mayor parte de las transformaciones químicas. (generalmente a presión atmosférica)
En este caso sí existe trabajo pues el volumen del sistema varía.
Al intercambio de calor en condiciones de presión constante se le denomina ENTALPÍA.
CONCEPTO DE FUNCIÓN DE ESTADO
U, tiene unidades de energía, luego...
U + p.V también.
define como ENTALPÍA = H
ENTALPÍA DE REACCIÓN
Como la mayor parte de las reacciones químicas se realizan a presión constante,
Y se cumple que:
H productos > H reactivos
H productos < H reactivos
Se representa como DHfo
Def.: es igual al calor desprendido o absorbido a presión constante en la formación de
1 mol de una sustancia
A partir de sus elementos en su estado estable
A la presión de una atmósfera.
A temperatura constante, generalmente 25oC
ENTALPÍA DE FORMACIÓN
La entalpía de formación de los elementos en su estado fundamental es cero.
Una reacción de formación:
H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l)
ENERGÍA DE ENLACE
Def.: es la entalpía, DH, de la reacción en la que se rompe un mol de enlaces en estado gaseoso.
H 2 (g) 2 H (g) DH = 436 kJ/mol (H – H)
Los valores de energías de enlace, son valores promedio.
Por ejemplo, la energía de un enlace O – H, depende también de los átomos vecinos.
1ª: LEY DE HESS
El valor de DH para una reacción que se realiza a una temperatura y a una presión establecidas es siempre el mismo e independiente de que la reacción ocurra en uno o en varios pasos.
Aplicación: para calcular entalpías de reacción
Si para una ecuación termoquímica dada “x”:
Ec(x) = a . Ec (1) + b . Ec (2) + c . Ec (3) + ...
Entonces: DHx = a . DH1 + b . DH2 + c . DH3 + ...
2ª REGLA
El valor de DH es directamente proporcional a la cantidad de reactivo o de producto.
Ejemplo:
Entonces: 1/2 H2(g) + 1/2 Cl2(g) HCl(g) DH = -92’5 kJ
3ª REGLA
Los valores de DH para dos reacciones inversas son iguales en magnitud, pero de signo opuesto.
Ejemplo:
ENTROPÍA Y ENERGÍA LIBRE
CONCEPTO DE ENTROPÍA
En el universo todo tiende a un estado de mayor desorden.
”Es más probable el desorden que el orden”
La ENTROPÍA es la magnitud termodinámica (es una función de estado) que mide el grado de desorden de un sistema.
A mayor valor de entropía, mayor desorden.
Para determinar cualitativamente la variación de entropía en una reacción química hay que fijarse en:
El estado de las sustancias, pues:
El número de moles gaseosos.
2 NaHCO3(s) Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
En un proceso espontáneo, hay un incremento neto de entropía total de universo, que comprende tanto al sistema como al entorno.
Se refiere a la variación global de entropía.
Conclusión: puede haber reacciones químicas en las disminuya la entropía pero a costa de aumentar más la del entorno.
Depende una magnitud, función de estado, denominada ENERGÍA LIBRE.
Cumple que: G = H – T . S
Y se puede calcular por:
Entonces
Si DG > 0, entonces la reacción no es espontánea.
Si DG = 0, el sistema está en equilibrio.
(siempre que sea a P y T constante)
Analogamente a la entalpía:
FUNCIÓN DE ESTADO
Son aquellas variables termodinámicas (V, U, H, S, G, p, T, etc) que tienen la importantísima cualidad de que su valor depende exclusivamente del estado del sistema y no de los pasos por los que éste evoluciona.
ENERGÍA INTERNA
La energía interna de un sistema U, es la suma de todas las energías de todas las partículas contenidas en dicho sistema:
V = Et + Er + Ev + Ee + En
Et: energía de traslación
Er: energía de rotación
Ev: energía de vibración
SISTEMA: cualquier porción del universo objeto de estudio: célula, océano, reactor, estrella, etc.
ENTORNO: resto de universo que está fuera del sistema y que puede interactuar con éste. (por ejemplo intercambiando materia y/o energía)
UNIVERSO: sistema + entorno
ABIERTO: no intercambia materia y energía. (vaso de agua)
CERRADO: intercambia materia pero no energía
AISLADO: no intercambia ni materia ni energía.
HOMOGÉNEOS: una sola fase
HETEROGÉNEOS: más de una fase.
ESTADO DE UN SISTEMA: composición, situación y energía en un momento dado. Para describirlo se especifican sus variables de estado.
VARIABLE DE ESTADO: aquellas magnitudes físico químicas que describen la situación de un sistema, como la masa, la presión, etc.
EXTENSIVAS: dependen de la cantidad de materia del sistema (masa, densidad, etc)
INTENSIVAS: no dependen (temperatura, presión, etc)
(
)
(
)
o productos[ ]H f o reactivos[ ]
H
f
o
=H
f
o
productos

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