TERMOQUÍMICA RESUMEN

TERMOQUÍMICA

CONTENIDOS 

1. Sistemas, estados y funciones de estado.
2. Primer principio de la Termodinámica.
3. Energía interna y entalpía. Reacciones a volumen y a presión constante.

1. Relación entre ambas.

1. Entalpía estándar de reacción.

1. Ecuaciones termoquímicas.

1. Entalpía estándar de formación.
2. Ley de Hess.
3. Cálculo de las entalpías de reacción a partir de entalpias de formación.
4. Energía o entalpía de enlace de enlace.

1. Cálculo de la energía de reacción a partir de entalpías de enlace aplicando la ley de Hess.

1. Entropia.

1. Segundo principio de la termodinámica.
2. Tercer principio de la termodinámica.

1. Energía libre de Gibbs.
2. Espontaneidad de las reacciones químicas. Influencia de la temperatura.

SISTEMAS[pic 1]

Es una parte pequeña del universo que se aísla para someterla a estudio.

El resto se denomina ENTORNO.

Pueden ser:

• Abiertos (intercambia materia y energía con el entorno).
• Cerrados (no intercambia materia y sí energía).
• Aislados (no intercambia ni materia ni energía). 

En las reacciones químicas:

SISTEMAS = Conjunto de Sustancias químicas (reactivos y productos)

DEFINICIÓN DE TERMOQUÍMICA.

Es la parte de la Química que se encarga del estudio del intercambio energético de un sistema químico con el exterior.

Hay sistemas químicos que evolucionan de reactivos a productos desprendiendo energía. Son las reacciones exotérmicas.

Otros sistemas químicos evolucionan de reactivos a productos precisando energía. Son las reacciones endotérmicas.

VARIABLES DE ESTADO

Son magnitudes que pueden variar a lo largo de un proceso (por ejemplo, en el transcurso de una reacción química)

Ejemplos: 

• Presión.
• Temperatura.
• Volumen.
• Concentración.

FUNCIONES DE ESTADO

Son variables de estado que tienen un valor único para cada estado del sistema.

Su variación sólo depende del estado inicial y final y no del camino desarrollado.

Son funciones de estado: Presión, temperatura, energía interna, entalpía.

NO lo son: calor, trabajo.[pic 2]

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

ENERGÍA INTERNA (U): Es la energía total del sistema, suma de energías cinéticas de vibración, etc, de todas las moléculas.

• Es imposible medirla. 
• En cambio, sí se puede medir su variación.

[pic 3]

Actualmente, se sigue el criterio de que toda energía aportada al sistema (desde el entorno) se considera positiva, mientras que la extraída del sistema (al entorno) se considera negativa.

Así, Q y W > 0 si se realizan a favor del sistema.

U es función de estado.[pic 4]

CALOR A VOLUMEN CONSTANTE (QV)

Es el intercambio de energía en un recipiente cerrado que no cambia de volumen.

Si V = constante, es decir, ΔV = 0 ⇒ W = 0 ⇒

[pic 5]

CALOR A PRESIÓN CONSTANTE (QP)

La mayoría de los procesos químicos ocurren a presión constante, normalmente la atmosférica.

En este caso, como p = cte, se cumple que W = – p · ΔV (el signo negativo se debe al criterio de signos adoptado). Si ΔV > 0 el sistema realiza un trabajo hacia el entorno y en consecuencia pierde energía.

ΔU = Qp – p x Δ V   ⇒  U2 – U1 = Qp – p  x (V2 – V1)

Qp + U1 + p x V 1 = U2 + p x V2

Llamaremos entalpía “H” a “U + p x V” de manera que:

H1 = U1 + p x V 1        H2 = U2 + p x V2 

Con lo que queda:         Qp + H1 = H2 ⇒ [pic 6][pic 7]

H es una función de estado.

[pic 8]

Relación Qv con Qp.

En gases aplicando la ecuación de los mismos:

p x V = n x R x T

Si p y T son constantes, la ecuación se cumplirá para los estados inicial y final: (p x V1 = n1 x R x T) (p x V2 = n2 x R x T)  con lo que restando ambas expresiones también se cumplirá que:

p x ΔV = Δn x R x T

Como  ΔH = ΔU + p x ΔV  se cumplirá que:

[pic 9]

En reacciones de sólidos y líquidos apenas se produce variación de volumen y Qv ≅ Qp, es decir: [pic 10]

Ejercicio A: 

En termoquímica el valor de R suele tomarse en unidades del sistema internacional. Ya sabes que R = 0,082 atm·l·mol-1·K-1. Determina el valor de  R en el S.I con sus unidades (Recuerda que la atm es equivalente a la presión que ejerce una columna de 76 cm de mercurio de densidad 13546 kg·m3). ⌦ 

Ejemplo:

Determinar la variación de energía interna para el proceso de combustión de 1 mol de propano a 25ºC y 1 atm, si la variación de entalpía, en estas condiciones, vale 2219,8 kJ.

C3H8(g) + 5 O2(g)  → 3 CO2(g) + 4 H2O(l)

ΔH = –2219,8 kJ

nreactivos = 1 + 5 = 6 ; nproductos = 3 (sólo moles de gases) ⇒ Δn = 3

ΔU = ΔH – Δn x R x T = –2219 kJ + 3 mol x (8,3 Jxmol–1xK–1) x 298 K = [pic 11]

ENTALPÍA ESTÁNDAR DE LA REACCIÓN[pic 12]

Se llama entalpía de reacción al incremento entálpico de una reacción en la cual, tanto reactivos como productos están en condiciones estándar (p = 1 atm; T = 298 K = 25 ºC; concentración de sustancias disueltas = 1 M).

Se expresa como ΔH0 y como se mide en J o kJ depende de cómo se ajuste la  reacción.

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