Pedro Miranda Meza QUÍMICA 2014 TERMOQUÍMICA Pedro Miranda Meza QUÍMICA 2014

OBJETIVO DE LA UNIDAD Reconocer la termoquímica como un área que permite entender y estudiar los intercambios de energía en una reacción química, las leyes que se asocian a estos procesos y su impacto en nuestras vidas.

APLICACIONES E IMPORTANCIA La relación entre reacciones químicas y energía es de gran importancia, ya que las fuentes energéticas que se usan en la vida diaria son reacciones exotérmicas. Entre ellas se pueden destacar las reacciones de combustión en los motores y equipos industriales.

Las reacciones endotérmicas las encontramos en el proceso de fotosíntesis de los vegetales y también en numerosas reacciones.

Termoquímica Área de la Química que estudia los intercambios de calor en las reacciones químicas Si la reacción liberó calor, se dice que es una REACCIÓN EXOTÉRMICA, si por el contrario el sistema bajó su temperatura y se requiere aplicar calor desde afuera se dice que es una REACCIÓN ENDOTÉRMICA.

SISTEMAS

VARIABLES TERMODINAMICAS SON AQUELLAS QUE PERMITEN DESCRIBIR EL ESTADO DE UN SISTEMA TERMODINAMICO. PARA ELLO SE EMPLEAN VARIABLES DE ESTADO, LAS CUALES SON MAGNITUDES OBSERVABLES O MEDIBLES, TAL COMO LA ENERGIA INTERNA (U) LA PRESION (p), EL VOLUMEN (v), LA CANTIDAD DE SUSTANCIA (n), TEMPERATURA (T), ETC. - VARIABLES EXTENSIVAS: Dependen de la cantidad de materia y es imposible definirla en cualquier punto del sistema. - VARIABLES INTENSIVAS: Son independientes de la cantidad de materiay su valor se puede determinar en cualquier parte de del sistema. Funciones de Estado: Es un valor único que puede adquirir un sistema en un determinado instante y estas pueden relacionarse en la siguiente ecuación para un gas ideal: P x V = n x R x T

ENERGÍA, TRABAJO Y CALOR Energía: “Cualquier propiedad que se puede producir a partir de trabajo, o convertirse en este” o “La capacidad de un sistema para producir un efecto” Importante: Cualquier sistema químico a una presión y temperatura dada, posee: a) Una cantidad de energía que es medida macroscópicamente b) Una cantidad de energía almacenada en su interior (Llamada Energía Interna [U]) Energía Interna ====> Función de estado y Variable Extensiva

ENERGÍA INTERNA (U) Es la suma de todas las formas de energía que contiene un sistema. Si un sistema recibe calor, aumenta su energía. Si lo entrega; disminuye. Si un sistema realiza trabajo, reduce su energía interna. A la inversa, si recibe trabajo, su energía interna aumenta.

ENERGÍA, TRABAJO Y CALOR Trabajo (W): Es la energía intercambiada mediante un proceso mecánico entre un sistema y sus alrededores. Matemáticamente: W = F x d Nota: El calor no es una función de estado.

ENERGÍA, TRABAJO Y CALOR Calor: Energía que se trasfiere de un sistema a otro, producto de una diferencia de temperatura. Fluye tanto por contacto directo o radiación, desde el cuerpo con mas temperatura a otro con menos. Al igual que el trabajo, el calor NO es una función de estado. Nota: El calor y el trabajo son procesos en donde existe intercambio de energía, mientras que la energía es una propiedad del sistema.

Principio de Conservación y 1ª Ley de la Termodinámica En este intercambio de energía, la ecuación fundamental es la Ley de Conservación: “La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma” J. Mayer y James P. Joule ΔU sistema aislado = 0 Nota2: A partir de esta ley entendemos que si un sistema entrega calor, necesariamente hay otro sistema que lo recibe.

Esta ley se puede formular mediante el siguiente enunciado: “El calor absorbido por el sistema mas el trabajo realizado contra el sistema es igual al aumento de energía interna del sistema” ΔU = Q + W

CRITERIOS DE SIGNOS

MEDIDA DEL CALOR DE REACCIÓN El calor de reacción es la energía absorbida o cedida por el sistema en una reacción química que transcurre en determinadas condiciones: Q CEDIDO O ABSORBIDO = m x c x ΔT Nota: Para realizar esta medición se debe disponer de un CALORIMETRO.

ESQUEMA GENERAL DE UN CALORIMETRO

ECUACIONES TERMOQUÍMICAS En todos los casos, al escribir una reacción termoquímica, junto con las fórmulas de cada sustancia debemos indicar su estado físico. Por ejemplo podríamos decir que No cuesta la misma energía producir agua líquida que agua vaporizada.

ENTALPIA (H) Magnitud Termodinámica que permite conocer la cantidad de calor intercambiado en la formación de 1 mol de sustancia a partir de sus reactantes. La entalpía es una propiedad termodinámica que no depende del camino por el cual ocurre un proceso, esto es, sólo depende del estado inicial y final de dicho proceso. Es una propiedad EXTENSIVA de la materia

Ley de Hess Esta propiedad nos permitirá realizar cálculos algebraicos con los valores de calor de reacción con el fin de obtener variaciones de entalpía de procesos que no pueden ser efectuados en el laboratorio.

6C(s) + 6 H2(g) + 3 O2(g) C6H12O6 (s) ∆H = ? Ejemplo: La formación de glucosa a partir de C, H y O 6C(s) + 6 H2(g) + 3 O2(g) C6H12O6 (s) ∆H = ? Para poder determinar el ΔH de esta reacción imposible de realizar experimentalmente se deberán combinar tres reacciones de combustión. a. C(s) + O2(g) CO2(g) ΔH = - 94.05 Kcal/mol b. 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) ΔH = - 57,80 Kcal/mol c. C6H12O6 (s) + 6 O2(g) 6 CO2 (g) + 6 H2O(g) ΔH = -433,1 Kcal/mol

ENERGÍA DE ENLACE Hay un segundo método para obtener la entalpía de formación o reacción que consiste en asociar a cada enlace la energía que se libera al formarlo o equivalentemente la energía que se debe absorber para romperlo.

ESPONTANEIDAD

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA Expresa, en una forma concisa, que "La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo“ Las reacciones espontáneas aumentan la S del U La segunda ley se reduce a lo siguiente: “LA ENTROPÍA DEL UNIVERSO CRECE CONSTANTEMENTE”

ENTROPÍA Y PROBABILIDADES Entropía: Magnitud Termodinámica que mide el grado de desorden de un sistema. Los estados de la materia dan cuenta del aumento o descenso de S. Los sistemas físicos y químicos tienen varias opciones; la preferida es la más probable y se llama espontánea. La dirección natural de los procesos esta determinada por dos componentes: La componente calórica del proceso (ΔH) La componente entrópica del proceso (TΔS)

ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G) En termoquímica se utiliza como criterio de espontaneidad para una reacción. ΔG = ΔH – TΔS  Si ΔG < 0, el proceso es espontáneo  Si ΔG = 0, el sistema está en equilibrio  Si ΔG > 0, el proceso es no espontáneo

No ocurre (No espontanea) Casos posibles ∆G No ocurre (No espontanea) Negativo Siempre Positivo Ocurre Negativo a alta Tº Positivo

La gran cantidad de las reacciones químicas no ocurren automáticamente La gran cantidad de las reacciones químicas no ocurren automáticamente. Se precisa de energía extra suficiente para provocar la colisión entre reactantes, y de este modo iniciar la reacción. ENERGÍA DE ACTIVACIÓN