QUÍMICATEMA 4: “TERMOQUÍMICA”

En este tema vamos a estudiar el calor de las reacciones químicas.

Primera ley de la termodinámica: energía, trabajo y

calor.

• La termodinámica estudia la transferencia de energía entre los sistemas

físicos y su entorno.

• Un sistema es una porción de materia seleccionada para su estudio.

• El entorno constituye el resto del universo con el que el sistema

interacciona.

• La energía del sistema puede ser:

– Externa: la que posee el sistema a causa de su movimiento y posición

respecto a la Tierra.

– Interna: es la que posee en virtud del movimiento y posición de las

partículas que forman el sistema.

• Hay dos formas de transferir energía a un sistema desde su entorno:

– Haciendo un trabajo (W).

– Transfiriendo calor (Q).

• Convenio termodinámico de signos:

W>0 ENTORNO Q>0

(trabajo realizado sobre (Calor absorbido)

el sistema) Sistema

W<0 Q<0

(trabajo realizado por el sistema) (Calor cedido)

• 1ªLey de la termodinámica: “el incremento de la energía interna de un sistema, ΔU,

es igual a la suma del calor y el trabajo intercambiado con el entorno.

• El trabajo de compresión y expansión de un gas se calcula con la expresión:

extW P V

U Q W

• Si el sistema se expande ΔV>0→W<0 el trabajo lo hace el sistema.

• Si el sistema se expande ΔV<0→W>0 el trabajo se hace sobre el sistema.

• El calor absorbido o cedido por un sistema o una sustancia cuando su

temperatura varía de T1 a T2:

Energía interna y entalpía de reacción • Energía interna: es el calor de reacción a volumen constante.

• Entalpía: es el calor de reacción a presión constante.

2 1( )Q C T T 2 1( )eQ mC T T2 1( )mQ nC T T

VU Q

PQ U P Vr productos reactivosH H

• Entalpía estándar de una reacción: es la entalpía de una reacción

basada en estados estándar de los reactivos y de los productos. El estado

estándar corresponde a una disolución ideal de concentración 1mol/L y

normalmente se refiere a una temperatura de 25ºC.

• Entalpía estándar de formación de una sustancia: es la variación de

entalpía correspondiente a la formación de un mol de compuesto a partir de

sus elementos en su forma más estable en condiciones estándar.

• Asignando valor cero a las entalpías de los elementos en su estado más

estable, coincide con la entalpía de la reacción.

0 0

( ) 2( ) 2( )grafito g gC O CO 0 395 /fH KJ mol

2 2( ) ( )reacción f CO grafito OH H H

Cálculo de la entalpía estándar de una reacción.

• Con las entalpías de formación de los reactivos y los productos.

• Ley de Hess: “si una reacción se puede dividir en una serie de etapas, la

variación de la entalpía estándar de la reacción global es la misma que la

suma de las entalpías estándar en cada una de las etapas”

• Con las energías de enlace: es la energía necesaria para disociar la

moléculas en sus correspondientes átomos.

( ) ( )

o o o

reac f productos f reactivosH H H

2( ) ( )2g gH H 436 /o

enlaceH KJ mol

o o o

reac enlaces enlacesrotos formados

H H H

Entropía y desorden. Segundo principio de la

termodinámica.

• Entropía(S):

– Magnitud que mide el grado de desorden del sistema.

– El crista perfecto en el cero absoluto tendrá un orden perfecto y

ausencia de movimiento. Por .S = 0.

– Cuanto mayor es el valor de la S del sistema, mayor es el grado de

desorden de sus partículas.

– S es siempre positiva. Lo que puede ser negativa es la ΔS.

– La S de un sistema aumenta al aumentar la temperatura.

– La S de una sustancia aumenta al aumentar el volumen.

– La S es mayor cuánto más débiles son los enlaces entre sus átomos,

iones o moléculas.

– La S es mayor cuanto mayor sea la masa de los átomos, iones o

moléculas que lo forman.

– La S es mayor cuanto mayor es la complejidad química.

• Segundo principio de la termodinámica: “en un sistema aislado se

produce un cambio espontáneo si la variación de la entropía total que

acompaña el proceso es positiva”.

Energía libre de Gibbs(G)

• Nueva magnitud termodinámica que predice la espontaneidad de una

reacción.

• Para que una reacción sea espontánea ΔG<0.

• Para calcular la energía libre de Gibbs:

Total Sistema EntornoS S S

G H T S

o o oG H T S( ) ( )

o o o

reac f productos f reactivosG G G

• Espontaneidad de una reacción:

Tipo de reacción

Entropía Espontaneidad

Exotérmica ΔS>0 Siempre es espontánea a cualquier Tª

ΔS<0 Espontánea cuando lΔHl > lTΔSl.A bajas temperaturas.

Endotérmica ΔS>0 Espontánea cuando lΔHl < lTΔSl.A altas temperaturas.

ΔS<0 Nunca es espontánea.