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Termoquímica
Energía: capacidad para realizar un trabajo
o generar calor
El estudio de la energía y sus
transformaciones se conoce como
termodinámica.
La termoquímica se encarga del estudio
de las relaciones entre las reacciones
químicas y los cambios de energía que
implican calor.
 La unidad del SI para la energía es el Joule.
1 J =1 kg·m2/s2
 El Joule no es una cantidad grande de energía, por
lo que se utilizan kilojoules (kJ) para energías
asociadas con las reacciones químicas.
 Una caloría (cal) se definió originalmente como la
cantidad de energía requerida para elevar la
temperatura de 1 g de agua de 14.5 °C a 15.5 °C.
Actualmente la caloría se define en términos del
joule:
• La energía se define como la capacidad para
realizar un trabajo o para transferir calor.
• El trabajo es la energía utilizada para mover un
objeto contra una fuerza.
• El calor es la energía empleada para incrementar la
temperatura de un objeto.
• La energía cinética es la energía de movimiento de
un objeto, la cual se incrementa cuando aumenta
su velocidad.
• La energía potencial es la energía “almacenada”
proveniente de las atracciones y repulsiones que
un objeto experimenta en relación con otros
objetos.
 Cuando se estudia el cambio de energía que acompaña a
una reacción química en el laboratorio, los reactivos y los
productos constituyen el sistema. El recipiente y todo lo
demás se considera el entorno.
 Los sistemas pueden ser: abiertos, cerrados o aislados.
 Un sistema abierto es aquel donde la materia y la energía
pueden intercambiarse con el entorno.
 Los sistemas cerrados son aquellos que pueden
intercambiar energía, pero no materia, con su entorno.
 Un sistema aislado es aquel en el que no hay intercambio
de energía ni de materia con el entorno.
Sistema cerrado
Sistema abierto
Primera ley de la termodinámica:
La energía no se crea ni se destruye.
Cualquier energía perdida por un sistema
debe ganarla su entorno, y viceversa.
La energía interna, E, de un sistema se define
como la suma de todas las energías cinéticas
y potenciales de los componentes del
sistema.
En la termodinámica, el interés principal
reside en el cambio en E que acompaña a un
cambio en el sistema. ΔE = E final – E inicial
• ΔE = E final – E inicial
• ΔE = q + w
• Los cambios de energía interna se
deben a ganancia o pérdida de calor o
trabajo en el sistema
 Cuando se lleva a cabo un proceso en el que el sistema
absorbe calor, el proceso se denomina endotérmico.
Durante un proceso endotérmico el calor fluye hacia
adentro del sistema desde su entorno.
 Un proceso donde el sistema pierde calor se conoce como
exotérmico. Durante un proceso exotérmico, el calor sale
o fluye hacia afuera del sistema, es decir, hacia el entorno.
-q
+q
+w
-w
• ¿Una pistola disparando es un sistema abierto
o cerrado?
• ¿Cuáles son los signos de q y w?
• ¿De dónde proviene la energía?
• La energía interna es una función de estado,
esto es que depende de la situación actual, no
de la trayectoria para llegar ahí
• El calor y el trabajo NO
son funciones de
estado
Entalpía
Una nueva función de estado H = E + PV
Es útil para estudiar reacciones que ocurren a
presión constante
FIGURA 5.11 Un sistema que realiza trabajo sobre su entorno.
5.3 Entalpía
Energía, entalpía y trabajo P-V
ΔH = Δ E + P Δ V
Δ H = (qp +W) –W
Δ H = qp
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5.3 Entalpías de reacción
El cambio de entalpía que acompaña a una reacción se conoce
como entalpía de reacción, o calor de reacción (ΔHrxn, donde
“rxn” se utiliza para abreviar “reacción”).
FIGURA 5.14 Reacción
exotérmica de hidrógeno
con oxígeno. Cuando se
enciende una mezcla de
H2(g) y O2(g) para formar
H2O(g), la explosión
resultante produce un
flamazo. Puesto que el
sistema libera calor al
entorno, entonces la
reacción es exotérmica,
como se indica en el
diagrama de entalpía.
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5.3 Entalpías de reacción
1. La entalpía es una propiedad extensiva.
2. El cambio de entalpía en una reacción es igual en magnitud,
pero de signo opuesto, al H de la reacción inversa.
3. El cambio de entalpía en una reacción depende de los
estados de los reactivos, productos y cantidad.
FIGURA 5.16 ΔH para una
reacción inversa. Al invertir una
reacción, se modifica el signo
pero no la magnitud del cambio
de la entalpía: ΔH2 = -ΔH1.
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Exotérmica
Endotérmica
Ley de Hess
Calcule el ΔH de reacción para
2 C(s) + H2(g) → C2H2(g)
Se le da vuelta a la primera reacción y la segunda se multiplica por dos
Entalpías de formación
 Un
proceso
empleado
para
tabular
datos
termoquímicos es la formación de un compuesto a
partir de sus elementos constitutivos.
 El cambio de entalpía asociado con este proceso se
conoce como entalpía de formación (o calor de
formación), Hf .
 La magnitud de cualquier cambio de entalpía depende
de la temperatura, la presión y el estado de los
reactivos y productos.
 La entalpía estándar de formación de un compuesto,
, es el cambio de entalpía de una reacción que forma
un mol del compuesto a partir de sus elementos, con
todas las sustancias en sus estados estándar.
Entalpías de formación
Condiciones estándar 25 ᵒC y 1 atm
Ejemplo utilizando entalpías de
formación
Los elementos como el O2 tienen
energía de formación de cero
Reacciones ácidos base
Acido + Base  Sal + Agua
Reacciones de desplazamiento
Reacciones de desplazamiento
Reacciones de oxidación-reducción
Reacciones de combustión