Post on 16-Jan-2015
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Tema 3Tema 3
La energía de lasLa energía de las
reacciones químicasreacciones químicas
¿Qué nos interesa de una reacción química?¿Qué nos interesa de una reacción química?
CONTENIDOCONTENIDO
1.- Conceptos básicos. Sistemas, variables y procesos.2.- Energía, calor y trabajo. 1er Principio de la Termodinámica.3.- Entalpía.
7.- Capacidad calorífica.
4.- Calor de reacción. Ley de Hess.5.- Entalpías estándar de formación.6.- Entalpías de enlace.
8.- Variación de la entalpía de reacción con la temperatura.
CONTENIDOCONTENIDO
1.- Conceptos básicos. Sistemas, variables y procesos.2.- Energía, calor y trabajo. 1er Principio de la Termodinámica.3.- Entalpía.
7.- Capacidad calorífica.
4.- Calor de reacción. Ley de Hess.5.- Entalpías estándar de formación.6.- Entalpías de enlace.
8.- Variación de la entalpía de reacción con la temperatura.
Fundamentos deTermodinámica
Termodinámica: Rama de la Física que estudia el calor, el trabajo,la energía y los cambios que ellos producen en los estados de los sistemas.
CONTENIDOCONTENIDO
1.- Conceptos básicos. Sistemas, variables y procesos.2.- Energía, calor y trabajo. 1er Principio de la Termodinámica.3.- Entalpía.
7.- Capacidad calorífica.
4.- Calor de reacción. Ley de Hess.5.- Entalpías estándar de formación.6.- Entalpías de enlace.
8.- Variación de la entalpía de reacción con la temperatura.
Termoquímica: Rama de la Química que estudia el calor cedidoo absorbido en las reacciones químicas.
Aplicación areacc. químicas:Termoquímica
CONCEPTOS BÁSICOS.CONCEPTOS BÁSICOS.SISTEMAS, VARIABLES Y PROCESOS.SISTEMAS, VARIABLES Y PROCESOS.11
Sistema: Parte del universo que es objeto de estudio.Entorno, alrededores, medio ambiente: Resto del universo
Abierto Cerrado Aislado
Tipos de sistemas
Puedeintercambiar
MateriaEnergía
Materia MateriaEnergía
Los sistemas se presentan de diferentes formas ESTADOS
caracterizados por VARIABLES termodinámicas
(p.ej: T, P, V, m, , composición química, ...)
Intensivas Extensivas
Tipos de variables
• No dependen de la cantidad de materia del sistema• Ej: T, P, • No son aditivas
• Dependen de la cantidad de materia del sistema• Ej: m, V• Son aditivas
Funciones de estadoFunciones de estado
1) Al asignar valores a unas cuantas, los valores de todaslas demás quedan automáticamente fijados.
2) Cuando cambia el estado de un sistema, los cambios de dichas funciones sólo dependen de los estados inicial y final del sistema, no de cómo se produjo el cambio.
X = Xfinal –Xinicial
Ecuaciones de estado: Relacionan funciones de estado(ej: PV = nRT)
Cuando alguna de las variables de estado cambia con el tiempo
PROCESO termodinámico
Tipos deprocesos
• Isotermo (T = cte)• Isóbaro (P = cte)• Isócoro (V = cte)• Adiabático (Q = 0)• Cíclico (estado final = estado inicial)
•Reversible (sistema siempre infinitesimalmente próximo al equilibrio; un cambio infinitesimal en las condiciones puede invertir el proceso)• Irreversible (Un cambio infinitesimal en las condiciones no produce un cambio de sentido en la transformación).
ENERGÍA, CALOR Y TRABAJO.ENERGÍA, CALOR Y TRABAJO.11erer PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA. PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.22
Energía: Capacidad que posee un sistema para realizar un trabajo o para suministrar calor.
Criterio de signosCriterio de signos
SISTEMA
Q > 0
W > 0 W < 0
Q < 0
TRABAJOTRABAJO
rdFd
W Unidad S.I.: Julio
Trabajo de expansión/compresión de los gases
Pint Pext
dV
VPW ext dd [Levine, pg 42]
2
1
VV ext VPW d
CALORCALOR
Un sistema cede E en forma de Q si se tranfiere como resultadode una diferencia de T entre el sistema y el entorno.
Unidad S.I.: Julio 1 cal = 4.184 J
No es una propiedad característica del sistema.No es algo que posea el sistema.Es una forma de intercambio de energía, una “energía en tránsito”
El calor no es función de estado
ENERGÍA INTERNAENERGÍA INTERNA
Energía interna(Suma de energías a nivel molecular)
• Función de estado• Magnitud extensiva
U = Q + W1er Principio de laTermodinámica
Epot Ecin ?
¿Cómo podemos aumentar Ude un sistema cerrado?
1) Calentándolo calor2) Realizando un trabajo
U = Q + W
1er Principio de la Termodinámica
ENTALPÍA.ENTALPÍA.33H = U + PV Entalpía
(H)
• Función de estado• Propiedad extensiva• Unidades de energía
Proceso a P = cte
);VP(VQVPQWQUUU 12pVVp12
2
1 d
HHHPVUPVUQ 121122p
Relación entre H y U
H = U + (PV)Si P=cte
H = U + PV H Usól/líq
solo
CALOR DE REACCIÓN. LEY DE HESS.CALOR DE REACCIÓN. LEY DE HESS.44Reaccionesquímicas
• Exotérmicas (Q < 0)
• Endotérmicas (Q > 0)
El calor de reacción se mide con un calorímetro[Petrucci, pg 227]
Qv = U = Uprod - Ureac
Qp = H = Hprod - HreacH = U + (PV)
H U
¿Intervienengases?
NoSí
H = U + (nRT)
H = U + RTnSi T=cte
MÉTODOS PARA DETERMINARLA
Entalpía de reacciónEntalpía de reacciónIncremento de entalpía que tiene lugar durante la reacción
Método 1 Medir Qp con un calorímetro
)g(CO)g(O2
1)g(CO 22 H = -283 kJ
)g(CO2)g(O)g(CO2 22 H = -566 kJ
)g(O2
1)g(CO)g(CO 22 H = +283 kJ
Método 2 Medir Qv con un calorímetro; H = U+RTn
Método 3 Ley de Hess
)g(CO)g(O2
1)s(C 2 H = ?
)g(CO)g(O)s(C 22 H = -393.5 kJ
Germain Henri Hess(1802-1850)
El calor intercambiado cuando una reacciónquímica se lleva a cabo a T y P constantes esel mismo tanto si la reacción ocurre en unaetapa o en varias.
)g(CO)g(O)s(C 22 H = -393.5 kJ
)g(O2
1)g(CO)g(CO 22 H = +283 kJ
)g(CO)g(O2
1)s(C 2 H = -110.5 kJ
H: función de estado
ENTALPÍA ESTÁNDAR DE FORMACIÓN.ENTALPÍA ESTÁNDAR DE FORMACIÓN.55Estado estándar de una sustancia: su forma pura a 1 bar.
Entalpía de reacción estándar (Hº): H cuando los reactivos en susestados estándar pasan a productos en sus estados estándar respectivos.
Entalpía estándar de formación (Hfº) de una sustancia: Entalpíaestándar de reacción para la formación de un mol de la sustancia apartir de sus elementos en su estado más estable. (Unid: Jmol-1)
Hfº (C2H5OH, l) a 25ºC = -277.69 kJmol-1
)l(OHHC)g(O2
1)g(H3)grafito,s(C2 5222
Hfº (elemento en su estado más estable) = 0