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TERMOQUIMICA
Termodinamica: el estudio de la energía y sus transfomaciones Termoquimica: relación enre las reacciones químicas y os cambios de energía que implican calor.
5.1 LA NATURALEZA DE LA ENERGÍA
Energía: capacidad para realizar un trabajo o para transferir calor. Trabajo: energía utilizada para mover un objeto contra una fuerza. Calor: es la energía empleada para incrementar la energía de un objeto Caloría: cantidad de energía requerida para elevar la temperatura de 1 g de agua de 14.5 a 15. °C.
1 cal =4.184 J
Sistema y entorno:
En un laboratorio los reactivos y productos son el sistema y el recipiente es el entorno. ‣ Sistema abierto: la materia y la energía pueden intercambiarse con el entorno ‣ Cerrado: puede intercambiar energía, pero no materia con si entorno. Facilita el estudio de la termoquímica. SI LOS GASES RECCIONAN FORMANDO AGUA ESTAN LIBERANDO ENERGIA ‣ Aislado: no hay cambio de energía ni de materia con el entorno.
Transferencia de energía: calor y trabajo
⁎ Fuerza es cualquier empuje o tirón ejercido sobre un objeto. ⁎ Una reacción de combustión libera la energía química almacena en moléculas del combustible ⁎ La energía liberada ocasiona que la temperatura del sistema aumente ⁎ La energía se transfiere del sis. más caliente al más frío
5.2 PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
La energía no se crea ni se destruye. La energía se conserva Se utiliza para analizar cambios de energía en sistemas químicos. La energía interna: suma de todas las energías cinéticas y potenciales de los componentes de un sistema. Cuando Efinal Einicial indica que el sistema gano energía de su entorno. Cuando Ef Ei, el valor de E es negativo y significa que sistema cedió energía a su entorno. Cuando el sistema pierde energía, la energía interna de los productos es menor que la de los reactivos y E es negativo.
∆ E = Ef − Ei
∆ E = q + w
“ cuando se añade calor a un sistema o se realiza trabajo sobre este, la energía interna aumenta”
Procesos endotérmicos y exotérmicos:
⁎ Cuando el sistema absorbe calor, es endotérmico (dentro). Ejem: fusión del hielo El calor fluye hacia dentro del sitema desde su entorno. ⁎ Cuando el sistema pierde calor, es exotérmico (fuera) Ejem: combustión de la gasolina El calor sale o fluye hacia fuera del sistema, hacia el entorno.
Funciones de estado:
⁎ Condiciones que influyen en la energía interna: Temperatura Presión ⁎ La energía es una propiedad extensiva. ⁎ El valor de una función de estado solo depende del estado actual del sistema, no de la trayectoria que el sistema siguió para llegar a dicho estado. ⁎ E es una función de estado, solo depende de los estados iniciales u finales y no de como ocurrió el cambio ⁎ Q y w no son funciones de estado. ⁎ P y V son funciones de estado ⁎ H es función de estado
5.3 ENTALPÍA --- calentar
⁎ Es la energía interna más el producto de la presión y volumen del sistema
H = E + PV
⁎ Trabajo presión-volumen: trabajo implicado en la comprensión o expansión de gases. ⁎ Cuando Presión es constante:
w =− P ∆ V
⁎ La presión siempre es un numero positivo o cero. ⁎ Cuando el volumen del sistema se expande, V es positiva. Como el sistema en expansión realiza el trabajo sobre el entorno, w es negativo ⁎ Cuando el gas se comprime, V es negativa y w es positivo, el entorno efectua trabajo sobre el sistema. ⁎ El cambio de entalpía es igual al valor qp ganado o perdido a presión constante ⁎ La diferencia entre entalpía y energía es muy pequeña ⁎ Cuando H es positiva , el sistema ha ganado calor de su entorno. Endotérmico ⁎ Cuando H es negativa, el sistema ha liberado el calor hacia el entorno. Exotérmico.
5.4 ENTALPÍAS DE REACCIÓN
∆ H = H productos − Hreactivos
⁎ qdisoln =− qrxn
⁎ En disoluciones acuosas diluidas, por lo regular se supone que el Cs de la disolución es el del agua ⁎ Un incremento en la temperatura significa que la reacción es exotérmica. Bomba calorimétrica: ⁎ Cuando ocurre la reacción de combustión, se libera calor, el cual es absorbido por el agua y diversos componentes el calorímetro lo que ocasiona un aumento en la temperatura.
qrxn =− Ccal x∆ T
⁎ Como las reacciones en una bomba calorimétrica se realizan a volumen constante, el calor transferido corresponde al cambio de energía interna, E , y no al cambio de entalpía, H.
5.6 LEY DE HESS
⁎ establece que, si una reacción se realiza en una serie de etapas, el H de la reacción completa será igual a la suma de los cambios de entalpía en las etapas individuales. ⁎ H es una función de estado, así que para un conjunto particular de reactivos y productos, H es el mismo sin importar si la reacción ocurre en una etapa o en una serie de etapas.
5.7 ENTALPÍAS DE FORMACIÓN:
⁎ entalpías de vaporización ( H para convertir líquidos a gases), ⁎ entalpías de fusión ( H para fusión de sólidos), ⁎ entalpías de combustión ( H para la combustión de una sustancia en oxígeno) ⁎ El cambio de entalpía asociado con este proceso se conoce como entalpía de formación (o calor de formación ), Hf , donde el subíndice f indica que la sustancia se formó a partir de sus elementos constitutivos. ⁎ La magnitud de cualquier cambio de entalpía depende de la temperatura, la presión y el estado (gas, líquido o forma sólida cristalina) de los reactivos y productos. ⁎ El estado estándar de una sustancia es su forma pura a presión atmosférica (1 atm) y la temperatura de interés, que generalmente se elige como 298 K (25 °C). ⁎ El cambio de entalpía estándar de una reacción se define como el cambio de entalpía cuando todos los reactivos y productos se encuentran en sus estados estándar. ⁎ El cambio de entalpía estándar se denota con H°f, donde el superíndice ° indica condiciones de estado estándar. ⁎ La entalpía estándar de formación de un compuesto, H°f, es el cambio de entalpía de una reacción que forma un mol del compuesto a partir de sus elementos, con todas las sustancias en sus estados estándar: H = H°f ⁎ la entalpía estándar de formación de la forma más estable de cualquier elemento es cero Uso de las entalpias de formación para calcular entalpia de reacción
∆ Hrxn = ∆ H 1 + ∆ H 2 ….
⁎ Tipos de reacciones y su cambio de entalpía: Descomposición: inversa de la reacción de formación. El cambio de entalpia será negativo del valor de H°f Cuando tengo que multiplicar una ecuación para “arreglarla” la H°f también debe ser multiplicada por el mismo número Cuando tengo que dividir una ecuación para “arreglarla ” H°f también debe ser dividida por el mismo número. H°rxn se expresa en kJ
∆ H f
° =∑ n ∆ Hf ° ( productos ) −∑ m ∆ Hf °
( reactivos )
5.8 alimentos y combustibles
⁎ La mayoría de las reacciones químicas utilizadas para la producción de calor son reacciones de combustión. ⁎ La energía liberada cuando un gramo de cualquier sustancia hace combustión es el valor energético de la sustancia. ⁎ El valor energético de cualquier alimento o combustible se mide mediante la calorimetría ⁎ La glucosa es soluble en agua ⁎ La cantidad de energía que requiere nuestro cuerpo varía de acuerdo con el peso, la edad y la actividad muscular ⁎ Se requieren 1000 kJ por kg de peso por día para mantener el funcionamiento mínimo del cuerpo ⁎ Una persona de 70 kg requiere 800kJ/h para realizar un trabajo ligero. En actividad intensa: 2000 kJ/h o + ⁎ En un combustible a mayor porcentaje de C e H mayor valor energético tendrá ⁎ Combustibles fósiles: carbón mineral, petróleo, gas natural ⁎ Hulla combustible fósil más abúndate
