LICEO N 1 DE NIAS SUBSECTOR QUMICA PROF.: M Elizabeth Pezo NIVEL 3 MEDIO, plan diferenciado

OBJETIVO: Conocer conceptos bsicos de termodinmicaRelacionar las estructuras de las molculas con los cambios energticos asociados a las transformaciones

Termodinmica: Rama de la ciencia que estudia las relaciones entre el calor y otras clases de E Variables termodinmicas: magnitudes que sirven para describir el estado de un sistema Funciones de estado: variables cuyo valor slo dependen del estado inicial y final del sistema Termoqumica: forma parte de la termodinmica, estudia los cambios de E (generalmente en forma de calor) que acompaan a las reacciones qumicas La transferencia de E durante una reaccin es el resultado de la ruptura y formacin de enlaces qumicos cuando los reactantes se transforman en productos Las variables termodinmicas aplicadas a una reaccin son: Entalpa, Entropa y Energa libre de Gibbs. El sistema termodinmico es la parte del universo que separamos del resto para su estudio Entorno es la zona del universo que queda fuera del sistema escogido. Los sistemas abiertos pueden intercambiar E y materia con el entorno. Los sistemas cerrados solo intercambian E. Los sistemas aislados no intercambian E ni materia con el entorno. Si el sistema cede E al entorno, el proceso es exotrmico. Si absorbe E desde el entorno, el proceso es endotrmico El calor (q) es la forma de E que se transfiere de un sistema de un sistema a otro como consecuencia de una diferencia de T La primera Ley de la termodinmica establece que en el universo la E se conserva La variacin de entalpa es la cantidad de calor que se intercambia a presin constante y es una funcin de estado Las variables termodinmicas sirven para predecir lo que suceder a un sistema cuando pasa de un estado inicial a un estado final En un sistema qumico ocurre una transformacin de la materia, es decir, una reaccin qumica La entalpa (H) indica si durante el transcurso de la reaccin se absorber E :(H > 0) o se liberar E : (H < 0) La entropa (S) indica el grado de orden (S < 0) o de desorden (S > 0) que adquiere el sistema una vez finalizada la reaccin La energa libre (G) nos permite predecir si una reaccin ser espontnea (G < 0) o no espontnea (G > 0), es decir, si es factible o no. En termodinmica el trmino espontneo: Criterios de Espontaneidad

(H)(H)(H)CaractersticasObservaciones

00 0 entonces, la reaccin no ocurreSi G < 0 entonces, la reaccin es espontneaSi G = 0 entonces, el sistema est en equilibrio.Un proceso termodinmico es una transformacin en la que un sistema intercambia energa con su entorno, pasando desde un estado inicial a otro estado final. Variacin de entalpa: Las reacciones a P constante ocurren en recipientes abiertos, de modo que la presin atmosfrica se mantiene constante sobre el sistema. ,se trata de procesos isobricos, por lo que el calor intercambiado en ellas se denomina calor de reaccin a presin constante, y es igual a la variacin de entalpa, H. En las reacciones exotrmicas se produce una liberacin de E, lo que se traduce en una disminucin de entalpa. H < 0. En las reacciones endotrmicas, se necesita E para que se produzca la reaccin, lo que implica un aumento de la entalpa. H > 0. Se ha comprobado que el cambio de entalpa depende del estado fsico de los reactantes y de los productos. La entalpa estndar de reaccin, H, es la variacin de entalpa en una reaccin en que los reactivos estn en estado estndar y se transforman en productos en estado estndar. Las ecuaciones termoqumicas reflejan el estado fsico de las sustancias y la entalpa de reaccin. Por ejemplo: 2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) H = - 571,6 kJ Estos cambios de entalpa corresponden a las ecuaciones tal como estn formuladas. Como la entalpa es una propiedad extensiva, si multiplicamos todos los trminos de la ecuacin por un factor, (en este caso por ), tambin la variacin de entalpa tendr que multiplicarse por el mismo factor. H 2(g) + O 2(g) H2O(l) H = - 285,8 kJ Por otra parte, si se invierten los dos miembros de la reaccin, es decir, los reactantes pasan a ser productos y los productos a ser reactantes, la variacin de entalpa mantiene la magnitud pero cambia el signo. 2 H2O(l) 2 H2(g) + O2(g) H = 571,6 kJ La sntesis de un mol de agua lquida libera la misma cantidad de calor que es necesaria para descomponerla. Entalpa estndar de formacin de una sustancia, Hf es la variacin de entalpa correspondiente a la formacin de un mol de una sustancia en su estado estndar a partir de sus elementos en dicho estado, a los que se les asigna la entalpa cero. 2 C(s) + 2 H2(g) C2H4(g) H f = 52,3 kJ/mol Entalpa estndar de combustin, Hc, tambin denominada calor de combustin de una sustancia, es la variacin de entalpa que se produce cuando se quema un mol de la sustancia en las condiciones estndar. Todas las entalpas de combustin son negativas, en todas ellas se libera energa; es decir, son exotrmicas. Ley de Hess: Si una reaccin puede producirse en varias etapas, reales o tericas, su variacin de entalpa ser igual a la suma de las entalpas de reaccin de estas reacciones intermedias. Ej.: La reaccin de sntesis del acetileno, C2H2, es: 2 C(grafito) + 2 H2(g) C2H2(g) Calcule la variacin de entalpa a partir de las siguientes ecuaciones: C(grafito) + O2(g) CO2(g) H = - 393,5 kJ H2(g) + O2(g) H2O(l) H = - 285,8 kJ 2 C2H2(g) + 5 O2(g) 4 CO2(g) + 2 H2O(l) H = - 2598,8 kJ El procedimiento de resolucin del problema es: 2 C(grafito) + 2 O2(g) 2 CO2(g) H = 2 ( - 393,5) kJ H2(g) + O2(g) H2O(l) H = - 285,8 kJ 2 CO2(g) + H2O(l) C2H2(g) + 5/2 O2(g) H = ( 2598,8) kJ ................................................................................................................................ 2 C(grafito) + H2(g) C2H2(g) H = 226,6 kJ ENTROPA: En muchos procesos fsicos y qumicos se producen transiciones desde estados ms ordenados a otros ms desordenados, y viceversa. La entropa ser, en este contexto, una medida del orden o el desorden interior de una sustancia. En trminos generales, la entropa aumenta cuando el sistema se desordena y disminuye cuando aumenta el orden molecular. Entropa y los cambios qumicos: En la siguiente reaccin un lquido y un gas reaccionan, formndose un slido. La entropa del sistema ha disminuido, ya que aumenta su orden molecular: PCl3(l) + Cl2(g) PCl5(s) Por el contrario, en la reaccin de combustin de la glucosa, un slido se transforma en gas; hay un aumento del desorden y, por lo tanto, de la entropa del sistema: C6H12O6(s) + 6 O2(g) 6 CO2(g) + 6 H2O(g) Entropa y los cambios de estado: Cuando se aporta suficiente calor, una sustancia en estado slido se fundir pasando a estado lquido y, posteriormente, hervir pasando al gaseoso. Estos cambios de estado provocan importantes alteraciones en el interior de la sustancia, y se pierde la ordenacin propia del slido, donde cada partcula ocupa una posicin determinada, para pasar a un estado ms desordenado, como es el lquido y, en mayor medida, y si es el caso, al gaseoso. Se dice, entonces, que los cambios de estado desde slido a gas provocan un aumento de la entropa del sistema. La entropa, es una funcin de estado y, por lo tanto, su valor no depender del camino seguido, sino de los estados inicial y final del sistema. Energa libre de Gibbs: La relacin entre la variacin de entalpa de un proceso y la variacin de entropa que tiene lugar a una T: determinan la energa libre del sistema. Se trata de una variable extensiva que se mide en unidades de energa y cuyo valor est dado por la siguiente ecuacin:La variacin de energa libre proporciona un criterio que permite conocer fcilmente la espontaneidad o no espontaneidad de un proceso cuando ste se produce a P y T constante. Los procesos espontneos sern aquellos en los que se produce una disminucin de la energa libre (G0, entonces el proceso no es espontneo, por lo que el proceso inverso s lo ser. Si G=0, se trata de un sistema en equilibrio.

EJERCICIOS

1.- La siguiente ecuacin 2 K Cl O3 + Calor 2KCl + 3 O2 , representaI Reaccin Endotrmica II Reaccin Exotrmica III Reaccin Endergnicaa I b II c. III d I y II e II y III

2.- Es o son proceso(s) endotrmicosI Solidificacin II Fusin III Condensacin a I b. II c III d I y III e I, II, III

3.- Se tiene un recipiente que contiene una solucin concentrada de azcar disuelta en agua. Al dejar el sistema abierto y expuesto por 5 horas al medio ambiente durante un da caluroso en que la T promedio es de 29C, se obtiene I aumento de la concentracin de la solucinII precipitacin del solutoIII evaporacin del solvente a I b. III c I y II d II y III e I, II y III

4.- Para un sistema aislado, es correcto afirmar que:a intercambia materia con el entornob intercambia energa con el entornoc intercambia materia y energa con el entornod. no intercambia materia ni energa con el entornoe ninguna de las anteriores

5.- Un ejemplo de sistema cerrado est mejor representado por:a. una jaula con canarios b. su corazn c. un pote de crema nuevod. un tazn con caf e. el cuerpo humano

6.- La materia y la energa se consideran como recursos a. inalterables b. desechables c. agotablesd. renovables e. no renovables

7. Cuando el calor es transformado en alguna otra forma de energa, o cuando otra forma de energa es transformada en calor, la cantidad total de energa, calor ms otras formas, en el sistema es constante. Este enunciado corresponde aa. Primera Ley de la Termodinmicab. Ley de conservacin de la masa c. Principio de reversibilidad microscpica d. Ley de velocidad de una reaccin e. Principio de Le Chatelier

8.- Para un sistema cerrado (un yoghourt), se puede afirmar que a. intercambia materia con el entornob. intercambia energa con el entornoc. intercambia materia y energa con el entornod. no intercambia energa con el entornoe. no intercambia materia con el entorno

9.- Para investigar sobre el nivel de ruido en una sala de clases, es necesario definir1. sistema 2. tipo de sistema 3. entorno 4. universoa 1 y 2 b 2 y 3 c 3 y 4 d 1, 2 y3 *e 1,2,3 y 4

10.-Para estudiar un fenmeno, es necesario saberI cules son las variables que lo condicionan y qu variables se pueden estudiarII cmo se miden las variables y cmo influye el entorno sobre el sistemaIII qu ventajas y desventajas hay al usar un sistema abierto, cerrado o aislado

a. I y II b. I III c. II III d. I, II, III IV