Los intercambios energéticos en las reacciones químicas.

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1 Los intercambios energéticos en las reacciones químicas.
T E R M O Q U Í M I C A Los intercambios energéticos en las reacciones químicas. 24/03/2017

2 INDICE 1 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA ENTALPÍA: Concepto
Entalpía de reacción Entalpía de formación Entalpía (energía) de enlace. Reglas de la termoquímica La ley de Hess 24/03/2017

3 INDICE 2 SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA LA ENTROPÍA Concepto
Cambios de entropía en las reacciones químicas. ESPONTANEIDAD DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. ENERGÍA LIBRE DE GIBBS CUATRO TIPOS DE REACCIONES 24/03/2017

4 CONCEPTOS PREVIOS 24/03/2017

5 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La termodinámica se encarga del estudio de las trasferencias de energía entre los sistemas. CONCEPTOS Sistema: porción de materia seleccionada. Entorno: resto del universo. Tipos de intercambios de energía: Trabajo (W) Calor (Q) Convenio de signos. 24/03/2017

6 CONVENIO DE SIGNOS POSITIVO: todo aquello que aumenta la energía del sistema. NEGATIVO: todo aquello que la disminuye 24/03/2017

7 ENUNCIADO DEL PRIMER PRINCIPIO
La energía no se crea ni se destruye. Si el sistema gana energía el entorno la pierde. Si el sistema pierde energía significa que el entorno la gana. A la energía que tiene un sistema se llama ENERGÍA INTERNA (DU). Por lo tanto: El cambio de energía interna de un sistema DU, es igual a la suma del calor y trabajo intercambiados con el entorno DU = Q + W 24/03/2017

8 El calor a presión constante
CONCEPTO DE ENTALPÍA El calor a presión constante 24/03/2017

9 EL TRABAJO DE EXPANSIÓN
Supongamos un sistema: A presión constante Que intercambia energía mediante trabajo. El volumen varía: V1 : volumen inicial V2: volumen final. El trabajo en estas condiciones es: W = - p . DV 24/03/2017

10 DISCUSIÓN SOBRE EL SIGNO
Si hay un trabajo de EXPANSIÓN: (V2 > V1) Es el sistema el que lo realiza. Por lo tanto tiene que ser negativo. (disminuye su energía) Por eso (W = - p . DV ) : DV > 0 y W < 0 Si hay una trabajo de CONTRACCIÓN: (V2 < V1) Se realiza sobre el sistema. Por lo tanto tiene que ser positivo (incrementa su energía) Por eso (W = - p . DV ) : DV < 0 y W > 0. 24/03/2017

11 PROCESOS A VOLUMEN CONSTANTE
En todo proceso de intercambio de energía intervienen: calor (Q) y trabajo (W) Si el proceso es a volumen constante DV = 0. Por lo tanto W = 0, y entonces.... DU = Q 24/03/2017

12 PROCESOS A PRESIÓN CONSTANTE
En todo proceso de intercambio de energía intervienen: calor (Q) y trabajo (W) Así suceden la mayor parte de las transformaciones químicas. (generalmente a presión atmosférica) En este caso sí existe trabajo pues el volumen del sistema varía. Al intercambio de calor en condiciones de presión constante se le denomina ENTALPÍA. CONCEPTO DE FUNCIÓN DE ESTADO 24/03/2017

13 MAGNITUD DE LA ENTALPÍA
p.V, tiene unidades de energía U, tiene unidades de energía, luego... U + p.V también. U + p. V es una energía que se define como ENTALPÍA = H 24/03/2017

14 RELACIÓN ENTRE LOS CALORES
QV = DU QP = DH H = U + p.V DH = DU + p . DV QP = QV + p . DV 24/03/2017

15 ENTALPÍA DE REACCIÓN Y se cumple que:
Como la mayor parte de las reacciones químicas se realizan a presión constante, Y se cumple que: ENTALPÍA DE REACCIÓN = CALOR DE REACCIÓN 24/03/2017

16 TIPOS DE REACCIONES Reacción ENDOTÉRMICA: Q = DHr > 0
H productos > H reactivos Reacción EXOTÉRMICA: Q = DHr < 0 H productos < H reactivos 24/03/2017

17 CONDICIONES ESTÁNDAR DHo P = 1 atmósfera 24/03/2017

18 ENTALPÍA DE FORMACIÓN Estándar y molar. Se representa como DHfo
Def.: es igual al calor desprendido o absorbido a presión constante en la formación de 1 mol de una sustancia A partir de sus elementos en su estado estable A la presión de una atmósfera. A temperatura constante, generalmente 25oC 24/03/2017

19 ENTALPÍA DE FORMACIÓN La entalpía de formación de los elementos en su estado fundamental es cero. Una reacción de formación: Su valor: DH = -285 kJ/mol H2 (g) + ½ O2 (g)  H2O (l) 24/03/2017

20 ¡¡¡MUY IMPORTANTE!!! Para una reacción química: En general: 24/03/2017

21 ENERGÍA DE ENLACE Def.: es la entalpía, DH, de la reacción en la que se rompe un mol de enlaces en estado gaseoso. H 2 (g)  2 H (g) DH = 436 kJ/mol (H – H) 24/03/2017

22 ENERGÍA DE ENLACE En general: Reacción endotérmica (ΔH > 0)
Reacción exotérmica (ΔH < 0) 24/03/2017

23 ENERGÍA DE ENLACE Los valores de energías de enlace, son valores promedio. Por ejemplo, la energía de un enlace O – H, depende también de los átomos vecinos. 24/03/2017

24 REGLAS DE LA TERMOQUÍMICA
Tres reglas para aplicaciones prácticas 24/03/2017

25 1ª: LEY DE HESS El valor de DH para una reacción que se realiza a una temperatura y a una presión establecidas es siempre el mismo e independiente de que la reacción ocurra en uno o en varios pasos. Aplicación: para calcular entalpías de reacción Si para una ecuación termoquímica dada “x”: Ec(x) = a . Ec (1) + b . Ec (2) + c . Ec (3) + ... Entonces: DHx = a . DH1 + b . DH2 + c . DH 24/03/2017

26 EJEMPLO LEY DE HESS DH1 = DH2 + DH3 24/03/2017

27 2ª REGLA El valor de DH es directamente proporcional a la cantidad de reactivo o de producto. Ejemplo: Si H2(g) + Cl2(g)  2 HCl(g) DH = -185 kJ Entonces: 1/2 H2(g) + 1/2 Cl2(g)  HCl(g) DH = -92’5 kJ 24/03/2017

28 3ª REGLA Los valores de DH para dos reacciones inversas son iguales en magnitud, pero de signo opuesto. Ejemplo: Si: H2(g) + ½ O2(g)  H2O (l) DH = -285 kJ/mol Entonces: H2O (l)  H2(g) + ½ O2(g) DH = 285 kJ/mol 24/03/2017

29 LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
ENTROPÍA Y ENERGÍA LIBRE 24/03/2017

30 CONCEPTO DE ENTROPÍA En el universo todo tiende a un estado de mayor desorden. ”Es más probable el desorden que el orden” La ENTROPÍA es la magnitud termodinámica (es una función de estado) que mide el grado de desorden de un sistema. A mayor valor de entropía, mayor desorden. 24/03/2017

31 CAMBIOS DE ENTROPÍA 2 NaHCO3(s)  Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)
Para determinar cualitativamente la variación de entropía en una reacción química hay que fijarse en: El estado de las sustancias, pues: El número de moles gaseosos. 2 NaHCO3(s)  Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g) 24/03/2017

32 SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
En un proceso espontáneo, hay un incremento neto de entropía total de universo, que comprende tanto al sistema como al entorno. Se refiere a la variación global de entropía. Conclusión: puede haber reacciones químicas en las disminuya la entropía pero a costa de aumentar más la del entorno. 24/03/2017

33 ESPONTANEIDAD DE UNA REACCIÓN QUÍMICA
Depende una magnitud, función de estado, denominada ENERGÍA LIBRE. Cumple que: G = H – T . S Y se puede calcular por: Entonces Si DG < 0 la reacción es espontánea. Si DG > 0, entonces la reacción no es espontánea. Si DG = 0, el sistema está en equilibrio. (siempre que sea a P y T constante) 24/03/2017

34 ESPONTANEIDAD 24/03/2017

35 C Á L C U L O S Para un proceso a presión y Tª constante:
Analogamente a la entalpía: 24/03/2017

36 DISCUSIÓN SOBRE LA ESPONTANEIDAD
24/03/2017

37 FUNCIÓN DE ESTADO Son aquellas variables termodinámicas (V, U, H, S, G, p, T, etc) que tienen la importantísima cualidad de que su valor depende exclusivamente del estado del sistema y no de los pasos por los que éste evoluciona. 24/03/2017

38 ENERGÍA INTERNA V = Et + Er + Ev + Ee + En Et: energía de traslación
La energía interna de un sistema U, es la suma de todas las energías de todas las partículas contenidas en dicho sistema: V = Et + Er + Ev + Ee + En Et: energía de traslación Er: energía de rotación Ev: energía de vibración Ee: energía electrónica En: energía nuclear 24/03/2017

39 CONCEPTOS PREVIOS 1 SISTEMA: cualquier porción del universo objeto de estudio: célula, océano, reactor, estrella, etc. ENTORNO: resto de universo que está fuera del sistema y que puede interactuar con éste. (por ejemplo intercambiando materia y/o energía) UNIVERSO: sistema + entorno TIPOS DE SISTEMA (según intercambio entorno) ABIERTO: no intercambia materia y energía. (vaso de agua) CERRADO: intercambia materia pero no energía AISLADO: no intercambia ni materia ni energía. 24/03/2017

40 CONCEPTOS PREVIOS 2 TIPOS DE SISTEMAS: (según la fase)
HOMOGÉNEOS: una sola fase HETEROGÉNEOS: más de una fase. ESTADO DE UN SISTEMA: composición, situación y energía en un momento dado. Para describirlo se especifican sus variables de estado. VARIABLE DE ESTADO: aquellas magnitudes físico químicas que describen la situación de un sistema, como la masa, la presión, etc. EXTENSIVAS: dependen de la cantidad de materia del sistema (masa, densidad, etc) INTENSIVAS: no dependen (temperatura, presión, etc) 24/03/2017