Cálculo del Calor de Reacción: Ley de Hess

1.4.3.- Cálculo del Calor de Reacción: Ley de Hess

Unidad 1: Termodinámica química

La Ley de Hess, es un método indirecto de calcular el Calor de Reacción ó Entalpia de Reacción.

La ley de Hess se puede enunciar como sigue:cuando los reactivos se convierten a productos, el cambio de entalpía es el mismo, independientemente de que la reacción se efectúe en una paso o en una serie de pasos.

En el ejemplo siguiente veremos la aplicación de la Ley de Hess.

Se quiere calcular la Entapía de reacción para la reacción:

2 C(s) + H2(g) → C2H2(g)

Nos proporcionan los datos siguientes:

Planteamos las ecuaciones correspondientes a las entalpías dadas:

Ubicamos en ellas a los reactantes y productos de la reacción química que buscamos:

Ahora debemos acomodar las ecuaciones:

la ecuación (1) la debemos invertir (recuerden que también se invierte el valor de la entalpía)

la ecuación (2), debemos multiplicarla por 2 (recuerden se multiplica toda la ecuación, tanto reactantes como productos y el valor de la entalpía, pues es propiedad extensiva.

la ecuación (3), la dejamos igual.

La sumatoria de las ecuaciones acomodadas debe darnos la ecuación problema.

Se suman o se anulan los reactantes y productos.

Las entalpías se suman algebraicamente.

Basandonos en la Ley de Hess, hemos podido encontrar el:

La Ley de Hess basa su principio en que la variación de la entalpía es una función de estado.

Por lo tanto,

es independiente del número de pasos y de la naturaleza específica de cada uno de ellos.

Problema

Jorge ha encontrado en Internet que se puede producir gas etano, C2H6, a partir de hidrógeno gaseoso, H2, y monóxido de carbono, CO, con producción adicional de gas oxígeno O2. Aplicando la Ley de Hess, encuentra el calor de reacción para la producción de etano. Emplea para ello las reacciones que se te dan a continuación:

Señala además si ¿la reacción propuesta en Internet será endotérmica o exotérmica?

Calor de Disolución y de Dilución

Hasta ahora hemos centrado el cálculo del calor de reacción como producto de las reacciones químicas, pero muchos proceso físicos, como la fusión del hielo o la condensación de un vapor, también implican la abosrción o desprendiemiento de calor.

También hay cambios de entalpía cuando un soluto se disuleve en un disolvente, o cuando se diluye una disolución.

Veremos ahora estos dos procesos físicos relacionados, que implican al calor de disolución y al calor de dilución.

Para ello debemos definir primero algunos conceptos, entre ellos la Energía Reticular.

Energía Reticular

La formación de compuestos iónicos depende de los valores de las energías de ionización y de la afinidad electrónica de los elementos, estos valores ayudan a predecir cuáles elementos son los más adecuados para formar compuestos iónicos, pero, ¿cómo se puede evaluar la estabilidad de un compuesto iónico? Tanto la energía de ionización, como la afinidad electrónica están definidas por procesos que se llevan a cabo en la fase gaseosa. A 1 atmósfera y 25ºC todos los compuestos iónicos son sólidos.

Una medida de la estabilidad de cualquier sólido iónico es su energía reticular, U, que se define como la energía requerida para separar completamente un mol de un compuesto iónico sólido en sus iones al estado gaseoso.

NaCl(s) → Na+(g) + Cl- (g)

Los valores de Energía reticular (U) serán siempre positivos, pues es la energía suministrada para que se produzcan la disociación del compuesto ionico.

La energía reticular no se puede medir directamente, pero se puede calcular de manera indirecta, si se considera que la formación de un compuesto iónico se efectúa en una serie de pasos conocidos como ciclo de Born -Haber. El ciclo de Born-Haber relaciona las energías de ionización, afinidad electrónica, calor de sublimación, energías de enlace y otras propiedades atómicas y moleculares.

Si queremos encontrar la energía reticular del compuesto iónico LiF(s), y disponemos de los datos siguientes:

Debemos:

1. Plantear la ecuación problema.

LiF(s) → Li+(g) + F-(g)

2. Localizar reactantes y productos de nuestra ecuación problema en las ecuaciones dadas.

Reactantes en la (5)

Productos en la (3) y (4)

3. Analizar todas las demás ecuaciones, ubicar cuál o cuáles debemos tomar directamente y cuál o cuáles de forma inversa y si alguna necesita multiplicarse por un factor, de tal manera que al aplicar la ley de Hess, se obtenga la ecuación problema.

4. Recordar que la entalpía es una propiedad extensiva, por lo tanto, si se considera una reacción inversa, la energía debe cambiar de signo, y si se multiplica por algún factor, también afectará el valor de la energía.

5. Tomando en cuenta las consideraciones anteriores al aplicar la ley de Hess, tendremos lo siguiente:

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