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Apuntes Termoquimica, Resúmenes de Termodinámica Química

Es un breve resumen sobre un modulo de termoquímica cursado en la universidad

Tipo: Resúmenes

2020/2021

Subido el 07/04/2022

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Termodinámica: Estudio de la energía y sus
transformaciones
Energía: Capacidad de efectuar un trabajo
Trabajo: Cambio directo de energía que
resulta de un proceso
Termoquímica: Estudio de los cambios de
energía asociados a la reacción química
Sistema: Parte específica del universo que
queremos estudiar
Entorno: Todo lo que se encuentra fuera del
sistema
Universo: Sistema + entorno
Hay distintos tipos de sistema
Sistema Abierto: Hay intercambio de energía
y materia
Sistema Cerrado: Hay intercambio de
energía, pero no de materia
Sistema Aislado: No hay intercambio de
energía ni de materia.
Calor: Transferencia de energía térmica
entre dos cuerpos que están a distinta
temperatura
LEY CERO DE LA TEMODINAMICA
El flujo de calor siempre es desde un objeto
que tiene mayor temperatura al que tiene
menor, para poder alcanzar el equilibrio
térmico.
Las reacciones químicas pueden clasificarse
como:
Reacciones exotérmicas:
Proceso que cede calor a los alrededores.
∆E<0. La
energía de los productos es menor que la de
los reactivos
Reacciones endotérmicas:
Los alrededores le suministran calor al
sistema.
∆E>0. La energía de los productos es mayor
que la de los reactivos.
La energía es una función de estado, es
decir, es una propiedad que solo depende
del estado final e inicial.
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Termodinámica : Estudio de la energía y sus transformaciones Energía: Capacidad de efectuar un trabajo Trabajo: Cambio directo de energía que resulta de un proceso Termoquímica: Estudio de los cambios de energía asociados a la reacción química Sistema: Parte específica del universo que queremos estudiar Entorno: Todo lo que se encuentra fuera del sistema Universo: Sistema + entorno Hay distintos tipos de sistema Sistema Abierto: Hay intercambio de energía y materia Sistema Cerrado: Hay intercambio de energía, pero no de materia Sistema Aislado: No hay intercambio de energía ni de materia. Calor: Transferencia de energía térmica entre dos cuerpos que están a distinta temperatura LEY CERO DE LA TEMODINAMICA El flujo de calor siempre es desde un objeto que tiene mayor temperatura al que tiene menor, para poder alcanzar el equilibrio térmico. Las reacciones químicas pueden clasificarse como:  Reacciones exotérmicas: Proceso que cede calor a los alrededores. ∆E<0. La energía de los productos es menor que la de los reactivos  Reacciones endotérmicas: Los alrededores le suministran calor al sistema. ∆E>0. La energía de los productos es mayor que la de los reactivos. La energía es una función de estado, es decir, es una propiedad que solo depende del estado final e inicial.

TERMOQUÍMIC

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PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

La energía no se crea ni se destruye solo se transforma ∆E (^) universo= ∆E (^) universo= ∆E (^) sistema + ∆E (^) alrededores = 0, pero esto no quiere decir que ambos sean cero. Cambio en la energía interna de un sistema ∆E= Ef - Ei  Proceso endotérmico cuando ∆E>0, lo que implica que Ef>Ei  Proceso exotérmico cuando ∆E<0, lo que implica que Ef<Ei ∆E= q + w TRABAJO Y CALORTrabajo (W): Cambio directo de energía que resulta de un proceso. No es una función de estado. W= F ∙ d = -P∆V (atm∙L) El signo menos es por convención.  Calor (q): Transferencia de energía térmica entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas. No es una función de estado. Si necesitamos elevar la temperatura, ya sea aplicando calor o ejerciendo un trabajo, el cambio de energía será el mismo, pero necesitamos saber como se cambio de estado para poder asignar q y w. Para reacciones que ocurren a P° cte: ENTALPIA DE REACCIONES QUÍMICA Entalpía (H): Función que explica el flujo de calor en los procesos que ocurren a presión constante. Es una función de estado. ∆E= q + w ∆H= ∆E + P∆V ∆H= qP Y a volumen constante ∆E= q + w ∆E= q (^) v El cambio en la energía interna es igual al calor ganado o perdido a volumen constante. ∆H= H (^) final – H (^) inicial Reactivos  Productos ∆H= H (^) productos – H (^) reactivos

Es importante verificar que la serie de reacciones utilizadas, al sumarlas, den la reacción global.  ENTALPÍAS DE ENLACE Para reacciones que involucran compuestos simples. Romper enlaces  Entregar energía. El valor permite tener una idea de la estabilidad de una molécula. Proceso endotérmico Proceso exotérmico Se determina el número de enlaces que se rompen y forman. ∆H°= ∑BE (^) reactivos - ∑BE (^) productos BE: entalpía de enlace promedio. OJO: en moléculas poliatómicas los resultados son aproximados. Suponemos que la reacción ocurre en dos etapas.  CALOR DE DISOLUCIÓN Calor generado o absorbido cuando cierta cantidad de soluto se disuelve en cierta cantidad de disolvente. Ejemplo:  CALOR DE DILUCIÓN Es el cambio de calor asociado al proceso de dilución CAPACIDAD CALORIFICA

Cantidad de calor que se requiere para elevar en 1°C la temperatura de una cantidad dada de sustancia (J/°C) No es constante porque depende de la cantidad de materia C= m ∙ s La capacidad calorífica de un mol de una sustancia se conoce como capacidad calorífica molar Cm. CALOR ESPECÍFICO Cantidad de calor que se requiere para elevar en 1°C la temperatura de 1g de sustancia (J/g °C). CALORIMETRÍA Cantidad de calor (q) que se ha absorbido o liberado en un proceso. ∆q= m ∙ s ∙ ∆t ∆q= C ∙ ∆t ∆t= t (^) final – t (^) inicial ∆q es (+) para procesos endotérmicos y (-) para procesos exotérmicos. CALORIMETRÍA A PRESIÓN CONSTANTE Sistema aislado Q (^) rx  ∆H (P°=cte) ∆q (^) sistema = 0 q (^) disolución + q (^) rx + q (^) cal = 0 Existen situaciones en donde la qcal es insignificante, por lo tanto, queda: q (^) reac = - q (^) disolución q (^) disolución = m (^) (H2O + soluto) ∙ S (^) H2O ∙ ∆t CALORIMETRÍA A VOLUMEN CONSTANTE Sistema aislado ∆q (^) sist = 0 = q (^) cal + q (^) reac q (^) reac = -q (^) cal q (^) cal = C (^) cal ∙ ∆t C (^) cal: se calibra mediante la combustión de una sustancia cuyo calor de combustión se conoce con exactitud. En estos sistemas: El calor transferido corresponde al cambio de energía interna (∆E) y no al cambio de entalpía (∆H) PROCESOS ESPONTÁNEOS Un proceso espontáneo es aquel que ocurre por sí mismo, es decir, sin ayuda alguna. Los procesos que ocurren espontáneamente en una dirección NUNCA ocurrirán espontáneamente en la dirección opuesta bajo las mismas condiciones

De la tabla observamos que:  Los líquidos tienen menor S que los gases.  Para sustancias diferentes que se encuentren en la misma fase, la S está dada por la complejidad de la molécula.  En general la S de elementos y compuestos son positivos (S>0) SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA La entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo y se mantiene constante en un proceso que se encuentra en equilibrio.  Para procesos espontáneos: ∆S (^) universo = ∆S (^) sist + ∆S (^) alred > 0  ∆S (^) universo debe ser > 0  ∆S (^) sist y ∆S (^) alred, puede ser > o < que 0  Para procesos en equilibrio ∆S (^) universo = ∆S (^) sist + ∆S (^) alred = 0  ∆S (^) universo debe ser = 0  ∆S (^) sist y ∆S (^) alred, son de igual magnitud, pero de distinto signo. Que ocurre si: ∆S (^) universo < 0, es un proceso que no es espontaneo en la dirección descrita. (lo es en la dirección opuesta) CAMBIOS DE ENTROPÍA EN EL SISTEMA Reglas generales:  Si una reacción produce más moléculas de gas que las que consume, ∆S° es positivo.  Si el número total de moléculas de gas disminuye, ∆S° es negativo.  Si no hay un cambio neto en el número total de moléculas de gas, entonces ∆S° puede ser positivo o

negativo, pero su valor numérico será relativamente pequeño. CAMBIOS DE ENTROPIA EN LOS ALREDEDORES  Proceso exotérmico  Proceso endotérmico Para los procesos a P° cte, el cambio de calor es igual al cambio de entalpia del sistema: ∆S (^) alred = -∆H (^) sist El cambio de entropía para una determinada cantidad de calor absorbido depende a su vez de la temperatura. A mayor T (en kelvin) menor será ∆S (^) alred. La entropía de un sistema siempre aumenta con el incremento de la temperatura. TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA La entropía de una sustancia cristalina perfecta es cero a la temperatura del cero absoluto.  A cero Kelvin un cristal perfectamente ordenado cumple que: S= k ∙ ln 1 = 0 Es decir, las moléculas se encuentran en un solo microestado  Cristales impuros o imperfectos posee S>  Toda sustancia que posea temperatura mayor a cero Kelvin tendrá S> Esta ley permite determinar la entropía absoluta de una sustancia a una determinada temperatura. La entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo y se mantiene constante en un proceso que se encuentra en equilibrio.