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T.4 – Termoquímica
Ciencia que estudia el Q absorbido o desprendido durante el transcurso de una reacción química.
- Q>0 Reacción endotérmica (+)
- Q<0 Reacción exotérmica (-)
El Q de reacción siempre es P o a V cte, es decir, ∆H o ∆U que son los únicos calores de los que podemos disponer de valores.
1.1 Relación entre ∆H y ∆U
∆H = ∆U + ∆(PV)
P cte
∆H = ∆U + P∆V
En sólidos o líquidos… ∆H ≈ ∆U
P∆V ≈ 0 ; porque la variación de V entre sólidos y líquidos es prácticamente despreciable
∆V = VF – VI = (VC + VD) – (VA + VB) = 0,01L
W = P∆V = 1 atm· 0,01L = 0,01atm/L ; pasamos a Cal ---> 0,01atm/L = 0,2 Cal
Vemos que 0,2 Cal es una variación de W prácticamente despreciable debido a que apenas existe cambio de V entre reactivos y productos en una reacción química.
En gases ideales…
El V de un gas es mucho mayor que el V de un sólido o un líquido.
P∆V ≠ 0 ; ∆H ≠ ∆U
1 mol H 2 O(L) = 18 ml
1 mol H 2 O(V) = 22,4 L = 22.400 ml
VG >> VL ; por ello el V de un líquido se desprecia ante el de un gas
P∆V = (VP – VR) = PVP – PVR = nPRT - nRRT ; P∆V = ∆nRT
∆H = ∆U + ∆nRT
∆H = ∆U en gases ¡solo cuando ∆n = 0!
1.2 – Ecuaciones termoquímicas
Las ecuaciones termoquímicas aportan más información acerca del proceso química que representan que en el caso de una ecuación química convencional.
Especifican:
- Reactivos y productos en sus respectivos estados
- Forma alotrópica o polimórfica más estable de las especies que intervienen
- Número de moles
*Alotropía: posibilidad de un mismo elemento de cristalizar en dos formas cristalinas diferentes. Ej: C grafito o C diamante.
*Polimorfismo: como la alotropía pero en el caso de las moléculas. Siempre hay una forma cristalina más estable que las demás. Ej: CaCO 3 calcita o dragonita.
1.3 – Determinación de Q de reacción.
Calor de combustión
∆H que se produce cuando se quema 1 mol de compuesto en atmósfera de O 2 para dar los productos de la reacción.
H2(G) + ½ O2(G) ---> H 2 O(L) ∆Hº 298 --> Q de combustión
CH4(G) + 2O2(G) ---> CO2(G) + 2H 2 O(L) ∆Hº 298 = -212,8 Kcal
Métodos para medir el Q absorbido o desprendido:
- Método directo: bomba calorimétrica. Permite medir el Q desprendido en una reacción química pero solo a V constante (∆U)
- Método indirecto: leyes de la termoquímica. Existen determinadas reacciones químicas que no se producen a V cte y por ello no podemos utilizar bombas calorimétricas para medir su Q de reacción. Podemos realizar esta medida por métodos indirectos: Ley de Hess y Ley de Lavoisier-Laplace.
Ley de Lavoisier-Laplace: el Q de reacción a V cte o P cte de una reacción química es igual pero de signo contrario al Q de la reacción opuesta. ∆H = -∆H”
CO2(G) + H2(G) ---> CO(G) + H 2 O(L) ∆Hº 298 = -0,68 KCal CO(G) + H 2 O(L) ---> CO2(G) + H2(G) ∆Hº 298 = 0,68 Kcal
Ley de Hess: el Q de reacción a V cte o P cte de una reacción química es el mismo tanto si la reacción tiene lugar en una o en varias etapas. Consecuencia de que ∆H y ∆U solo dependen del estado final y del estado inicial.
- ∆Cp = 0 ; dT > 0 (+) => ∂(∆H)= 0 B=A
- ∆Cp < 0 (-) ; dT > 0 (+) => ∂(∆H) < 0 B < A
Si Cp es constante
∫ (^ )^ ∫ ∫
∆Hº 2 = ∆Hº 1 + ∆Cp (T 2 -T 1 )
Si Cp no es constante
Cp = a + bT + cT^2 …
∫ (^ )^ ∫ ∫ (^ )
