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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.
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, 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 TRABAJO 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
fundamental es la Ley de Conservación:
ecuación
“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.
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.
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.
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)
c. C6H12O6
6 CO2
(s)
+ 6 O2(g)
ΔH = - 57,80 Kcal/mol
(g)
+ 6 H2O(g)
ΔH = -433,1 Kcal/mol
ENERGÍA DE ENLACE
Se puede 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
del
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
determinada por dos componentes:
La componente calórica del proceso (ΔH)
La componente entrópica del proceso (TΔS)
esta
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
CASOS POSIBLES ∆G
Negativo
Positivo
Siempre Positivo
No ocurre (No espontanea)
Negativo a alta Tº
Ocurre
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