QUIMICA- TERMODINAMICA DE LAS REACCIONES QUIMICAS

INFORME DE LABORATORIO N° 9

TERMODINAMICA DE LAS REACCIONES QUIMICAS

1. RESUMEN

En la presente práctica experimental se emplearan mediciones  de magnitudes físicas como temperatura, altura y volumen  seguidamente registraremos datos para luego hacer cálculos posteriores, como el cálculo de presión, para luego calcular el cambio de entalpía, el cambio de entropía, el cambio de energía libre de Gibbs para la siguiente reacción química:

[pic 3]

[pic 4]

Utilizaremos los siguientes:

TABLA DE TEMPERATURAS Y ALTURAS OBTENIDOS

Los resultados obtenidos son:

Por tanto en nuestra reacción hubo:

• Un leve ordenamiento molecular
• Un desprendimiento de calor
• El proceso es espontáneo es la dirección (→)

1. INTRODUCCION

Los procesos químicos que se llevan a cabo en determinadas condiciones los cuales ocurre en un sistema, se debe estudiar:

• Químicamente
• Termodinámicamente
• Cinéticamente

En todo proceso tanto industrial como en laboratorio ocurren reacciones que dan lugar a productos ya sean deseados como no deseados,

El saber cuándo un proceso ocurrirá es una parte importante del termodinámica ya esta pequeña determinación se la realiza midiendo la cantidad de energía libre en el proceso o más propiamente la variación de energía libre en el proceso, en el presente laboratorio se realizara la medición de esta variación de entropía para una reacción que produzca un gas a una temperatura y presión definidas, llegando determinar las variables requeridas en una ecuación que permite calcular dicho proceso.

1.   OBJETIVOS

En la presente práctica nos planteamos los siguientes objetivos:

• ESTUDIAR TERMODINAMICAMENTE LAS TRANFORMACIONES QUIMICAS DE UNA MEZCLA DE CARBONATOS EN SALES SATURADAS BAJO DETERMINADAS CONDICIONES DE P Y T, PARA CALCULAR ∆H DE LA REACCION  ∆S DE LA REACCION Y ∆G DE LA REACCION.

• ANALIZAR LOS RESULTADOS TERMODINAMICOS EMPLEANDO LOS CRITERIOS RESPECTIVOS PARA DEFINIR LAS REACCIONES DESDE SU GRADO TERMICO, DESDE EL GRADO DE ORDENAMIENTO MOLECULAR DE LA MAGNITUD DE TRABAJO EMPLEANDO PARA LAS TRANSFORMACIONES DE TRABAJO.

• DETERMINAR EL CAMBIO DE ENERGIA LIBRE PARA CADA REACCION COMO UNA FUNCION DE LA TEMPERATURA; PARA CALCULAR ∆G A ALGUNA TEMPERATURA ∆H, ∆S DE CADA REACCION.

1. FUNDAMENTO TEORICO

ENTROPIA

El concepto de entropía fue introducido por primera vez por R. J. Clausius a mediados del siglo XIX. Clausius, ingeniero francés, también formuló un principio para la Segunda ley: "No es posible proceso alguno cuyo único resultado sea la transferencia de calor desde un cuerpo frío a otro más caliente". En base a este principio, Clausius introdujo el concepto de entropía, la cual es una medición de la cantidad de restricciones que existen para que un proceso se lleve a cabo y nos determina también la dirección de dicho proceso.

La entropía es en este caso una medida del orden (o desorden) de un sistema o de la falta de grados de restricción; la manera de utilizarla es medirla en nuestro sistema inicial, es decir, antes de remover alguna restricción, y volverla a medir al final del proceso que sufrió el sistema.

Es importante señalar que la entropía no está definida como una cantidad absoluta S (símbolo de la entropía), sino lo que se puede medir es la diferencia entre la entropía inicial de un sistema Si y la entropía final del mismo Sf. No tiene sentido hablar de entropía sino en términos de un cambio en las condiciones de un sistema.

Valores de la entropía para procesos reversibles e irreversibles

Llamamos proceso reversible al que se puede invertir y dejar a nuestro sistema en las mismas condiciones iníciales.

El proceso que efectuamos con nuestra caja de canicas fue un proceso no reversible, en donde una vez terminado, el orden que había en las condiciones iníciales del sistema ya nunca volverá a establecerse. El estudio de este tipo de procesos es importante porque en la naturaleza todos los procesos son irreversibles.

La entropía y la energía consumida en el proceso

Pensemos en un motor. El motor necesita de una fuente de energía para poder convertirla en trabajo. Si pensamos en un coche, la gasolina, junto con el sistema de chispa del motor, proporciona la energía (química) de combustión, capaz de hacer que el auto se mueva.

La energía que el coche "utilizó" para realizar trabajo y moverse, se "gastó", es decir, es energía liberada mediante un proceso químico que ya no es utilizable para que un motor produzca trabajo.

Este es uno de los conceptos más difíciles de entender de la entropía, pues requiere un conocimiento un poco menos trivial del funcionamiento de motores, frigoríficos y el ciclo de Carnot.

La entropía, como medida del grado de restricción o como medida del desorden de un sistema, o bien como concepto auxiliar en los problemas del rendimiento energético de las máquinas, es una de las variables termodinámicas más importantes.

En la desigualdad de Clausius no se han impuesto restricciones con respecto a la reversibilidad o no del proceso, pero si hacemos la restricción de que el proceso sea reversible podemos ver que no importa el camino que usemos para recorrer el proceso, el cambio de calor dQ va a hacer igual en un sentido o en otro por lo que llegaremos a que:

dQ / T = 0

Como estamos imponiendo que usemos un camino cualquiera esta diferencial es una diferencial exacta y diremos que representa a una función de estado S que pude representarse por dS. Esta cantidad S recibe el nombre de Entropía del sistema y la ecuación:

dQ / T = dS

establece que la variación de entropía de un sistema entre dos estados de equilibrio cualesquiera se obtiene llevando el sistema a lo largo de cualquier camino reversible que una dichos estados, dividiendo el calor que se entrega al sistema en cada punto del camino por la temperatura del sistema y sumando los coeficientes así obtenidos.

Calculo de las variaciones en la entropía de un sistema

Proceso isotérmico: Como la temperatura es constante se saca fuera de la integral y quedaría:

S2 - S1 =q / T

Proceso no isotérmico: En muchos procesos, la absorción reversible de calor esta acompañada por un cambio de temperatura, es este caso expresamos el calor en función de la temperatura integramos y obtendremos:

En un proceso a volumen constante:                                                          dq = cv dT

Entonces                                                                                                         S2 -S1 = CV ln T2/T1

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