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LICEO Nº 1 DE NIÑAS
SUBSECTOR QUÍMICA
PROF.: Mª Elizabeth Pezo
NIVEL 3º MEDIO, plan diferenciado
OBJETIVO: Conocer conceptos básicos de termodinámica
Relacionar las estructuras de las moléculas con los cambios energéticos
asociados a las transformaciones
Termodinámica: Rama de la ciencia que estudia las relaciones entre el calor y otras
clases de E
Variables termodinámicas: magnitudes que sirven para describir el estado de un
sistema
Funciones de estado: variables cuyo valor sólo dependen del estado inicial y final
del sistema
Termoquímica: forma parte de la termodinámica, estudia los cambios de E
(generalmente en forma de calor) que acompañan a las reacciones químicas
La transferencia de E durante una reacción es el resultado de la ruptura y formación
de enlaces químicos cuando los reactantes se transforman en productos
Las variables termodinámicas aplicadas a una reacción son: Entalpía, Entropía y
Energía libre de Gibbs.
El sistema termodinámico 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 exotérmico.
Si absorbe E desde el entorno, el proceso es endotérmico
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 Tº
La primera Ley de la termodinámica establece que en el universo la E se conserva
La variación de entalpía es la cantidad de calor que se intercambia a presión constante y es
una función de estado
Las variables termodinámicas sirven para predecir lo que sucederá a un sistema cuando
pasa de un estado inicial a un estado final
En un sistema químico ocurre una transformación de la materia, es decir, una reacción
química
La entalpía (∆H) indica si durante el transcurso de la reacción se absorberá E :(∆H > 0) o
se liberará E : (∆H < 0)
La entropía (∆S) indica el grado de orden (∆S < 0) o de desorden (∆S > 0) que adquiere el
sistema una vez finalizada la reacción
La energía libre (∆G) nos permite predecir si una reacción será espontánea (∆G < 0) o no
espontánea (∆G > 0), es decir, si es factible o no.
En termodinámica el término espontáneo: Criterios de Espontaneidad
(∆H)
<0
(∆H)
>0
<0
<0
>0
<0
>0
>0
(∆H)
Características
<0 Proceso exotérmico que tiende al
desorden
<0 Proceso exotérmico que tiende al
orden
>0 Proceso endotérmico que tiende al
orden
<0 Proceso endotérmico que tiende al
desorden
Observaciones
Espontáneo a cualquier Tº
Espontánea solo si
∆H> T∆S. A Tº. baja
No espontáneo
Espontánea solo si
∆H< T∆S. A Tº. alta
Primera Ley de la Termodinámica: LA ENTALPÍA
Define la función de estado llamada entalpía (∆H) que se relaciona con el intercambio de
calor entre el sistema y el entorno.
Postula que la energía total del universo es constante, este planteamiento es otra forma de
expresar la Ley de Conservación de la Energía
El ∆H es el cambio de calor de una reacción cuando la presión es constante:
1. Reacción exotérmica: ∆H tiene un valor negativo (<0) la suma de las entalpías de los
productos es menor que la suma de las entalpías de los reactantes.
2. Reacción endotérmica: H tiene un valor positivo (>0) la suma de las entalpías de los
productos es mayor que la suma de las entalpías de los reactantes.
Segunda Ley de la Termodinámica: LA ENTROPÍA
Define la función de estado llamada entropía (∆S) que se relaciona con el grado de desorden
del sistema
Postula que la entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo, es decir, un sistema
evoluciona espontáneamente en el sentido en que aumenta el desorden, de acuerdo a esto:
1. Es el grado de orden (∆S<0) o desorden (∆S>0) que adquiere el sistema una vez finalizada
la reacción química
2. El sistema corresponde a todos los átomos de reactantes y de productos de una reacción
3. Los valores que puede tener la entropía en una reacción espontánea son: - , 0 , +
Tercera Ley de la Termodinámica: ENERGÍA LIBRE
Función de estado que permite determinar la dirección en que ocurre una reacción en forma
espontánea. Se expresa como: ∆G = ∆H - T∆S
En una reacción espontánea ∆G< 0 tiene un valor negativo
Si ∆G > 0 entonces, la reacción no ocurre
Si ∆G < 0 entonces, la reacción es espontánea
Si ∆G = 0 entonces, el sistema está en equilibrio.
Un proceso termodinámico es una transformación en la que un sistema intercambia energía
con su entorno, pasando desde un estado inicial a otro estado final.
Variación de entalpía: Las reacciones a Pº constante ocurren en recipientes abiertos, de
modo que la presión atmosférica se mantiene constante sobre el sistema. ,se trata de procesos
isobáricos, por lo que el calor intercambiado en ellas se denomina “calor de reacción a
presión constante”, y es igual a la variación de entalpía,  H.
En las reacciones exotérmicas se produce una liberación de E, lo que se traduce en una
disminución de entalpía.  H < 0.
En las reacciones endotérmicas, se necesita E para que se produzca la reacción, lo que
implica un aumento de la entalpía.  H > 0.
Se ha comprobado que el cambio de entalpía depende del estado físico de los reactantes y de
los productos.
La entalpía estándar de reacción,  Hº, es la variación de entalpía en una reacción en que los
reactivos están en estado estándar y se transforman en productos en estado estándar.
Las ecuaciones termoquímicas reflejan el estado físico de las sustancias y la entalpía de
reacción. Por ejemplo: 2 H2(g) + O2(g)  2 H2O(l)
 Hº = - 571,6 kJ
Estos cambios de entalpía corresponden a las ecuaciones tal como están formuladas.
Como la entalpía es una propiedad extensiva, si multiplicamos todos los términos de la
ecuación por un factor, (en este caso por ½), también la variación de entalpía tendrá que
multiplicarse por el mismo factor. H 2(g) + ½ O 2(g)  H2O(l)
 Hº = - 285,8 kJ
Por otra parte, si se invierten los dos miembros de la reacción, es decir, los reactantes pasan a
ser productos y los productos a ser reactantes, la variación de entalpía mantiene la magnitud
pero cambia el signo. 2 H2O(l)  2 H2(g) + O2(g)
 Hº = 571,6 kJ
La síntesis de un mol de agua líquida libera la misma cantidad de calor que es necesaria para
descomponerla.
Entalpía estándar de formación de una sustancia, Hfº es la variación de entalpía
correspondiente a la formación de un mol de una sustancia en su estado estándar a partir de
sus elementos en dicho estado, a los que se les asigna la entalpía cero.
H fº = 52,3 kJ/mol
2 C(s) + 2 H2(g)  C2H4(g)
Entalpía estándar de combustión, Hc, también denominada calor de combustión de una
sustancia, es la variación de entalpía que se produce cuando se quema un mol de la
sustancia en las condiciones estándar. Todas las entalpías de combustión son negativas, en
todas ellas se libera energía; es decir, son exotérmicas.
Ley de Hess: Si una reacción puede producirse en varias etapas, reales o teóricas, su
variación de entalpía será igual a la suma de las entalpías de reacción de estas reacciones
intermedias.
Ej.: La reacción de síntesis del acetileno, C2H2, es: 2 C(grafito) + 2 H2(g)  C2H2(g)
Calcule la variación de entalpía a partir de las siguientes ecuaciones:
C(grafito) + O2(g)
 CO2(g)
H2(g) + ½ O2(g)
 H2O(l)
2 C2H2(g) + 5 O2(g)  4 CO2(g) + 2 H2O(l)
 Hº = - 393,5 kJ
 Hº = - 285,8 kJ
 Hº = - 2598,8 kJ
El procedimiento de resolución del problema es:
2 C(grafito) + 2 O2(g)  2 CO2(g)
 Hº = 2 ( - 393,5) kJ
H2(g) + ½ O2(g)
 H2O(l)
 Hº = - 285,8 kJ
2 CO2(g) + H2O(l)
 C2H2(g) + 5/2 O2(g)
 Hº = ½ ( 2598,8) kJ
................................................................................................................................
2 C(grafito) + H2(g)
 C2H2(g)
 Hº = 226,6 kJ
ENTROPÍA: En muchos procesos físicos y químicos se producen transiciones desde estados
más ordenados a otros más desordenados, y viceversa.
La entropía será, en este contexto, una medida del orden o el desorden interior de una
sustancia. En términos generales, la entropía aumenta cuando el sistema se desordena y
disminuye cuando aumenta el orden molecular.
Entropía y los cambios químicos: En la siguiente reacción un líquido y un gas reaccionan,
formándose un sólido. La entropía del sistema ha disminuido, ya que aumenta su orden
molecular: PCl3(l) + Cl2(g)  PCl5(s)
Por el contrario, en la reacción de combustión de la glucosa, un sólido se transforma en gas;
hay un aumento del desorden y, por lo tanto, de la entropía del sistema:
C6H12O6(s) + 6 O2(g)  6 CO2(g) + 6 H2O(g)
Entropía y los cambios de estado: Cuando se aporta suficiente calor, una sustancia en estado
sólido se fundirá pasando a estado líquido y, posteriormente, hervirá pasando al gaseoso.
Estos cambios de estado provocan importantes alteraciones en el interior de la sustancia, y se
pierde la ordenación propia del sólido, donde cada partícula ocupa una posición
determinada, para pasar a un estado más desordenado, como es el líquido y, en mayor
medida, y si es el caso, al gaseoso. Se dice, entonces, que los cambios de estado desde sólido
a gas provocan un aumento de la entropía del sistema.
La entropía, es una función de estado y, por lo tanto, su valor no dependerá del camino
seguido, sino de los estados inicial y final del sistema.
Energía libre de Gibbs: La relación entre la variación de entalpía de un proceso y la variación
de entropía que tiene lugar a una Tº: determinan la energía libre del sistema.
Se trata de una variable extensiva que se mide en unidades de energía y cuyo valor está
dado por la siguiente ecuación:
La variación de energía libre proporciona un criterio que permite conocer fácilmente la
espontaneidad o no espontaneidad de un proceso cuando éste se produce a Pº y Tº
constante.
Los procesos espontáneos serán aquellos en los que se produce una
disminución de la energía libre (G<0).
Si G>0, entonces el proceso no es espontáneo, por lo que el proceso inverso sí lo será.
Si G=0, se trata de un sistema en equilibrio.
EJERCICIOS
1.- La siguiente ecuación 2 K Cl O3 + Calor
2KCl + 3 O2 , representa
I Reacción Endotérmica
II Reacción Exotérmica
III Reacción Endergónica
a I
b II
c. III
d I y II
e II y III
2.- Es o son proceso(s) endotérmicos
I Solidificación
II Fusión
aI
b. II
c III
d I y III
III Condensación
e I, II, III
3.- Se tiene un recipiente que contiene una solución concentrada de azúcar disuelta
en agua. Al dejar el sistema abierto y expuesto por 5 horas al medio ambiente
durante un día caluroso en que la Tº promedio es de 29ºC, se obtiene
I aumento de la concentración de la solución
II precipitación del soluto
III evaporación 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 entorno
b intercambia energía con el entorno
c intercambia materia y energía con el entorno
d. no intercambia materia ni energía con el entorno
e ninguna de las anteriores
5.- Un ejemplo de sistema cerrado está mejor representado por:
a. una jaula con canarios
b. su corazón
c. un pote de crema nuevo
d. un tazón con café
e. el cuerpo humano
6.- La materia y la energía se consideran como recursos
a. inalterables
b. desechables
c. agotables
d. renovables
e. no renovables
7. Cuando el calor es transformado en alguna otra forma de energía, o cuando otra forma
de energía es transformada en calor, la cantidad total de energía, calor más otras formas,
en el sistema es constante. Este enunciado corresponde a
a. Primera Ley de la Termodinámica
b. Ley de conservación de la masa
c. Principio de reversibilidad microscópica
d. Ley de velocidad de una reacción
e. Principio de Le Chatelier
8.- Para un sistema cerrado (un yoghourt), se puede afirmar que
a. intercambia materia con el entorno
b. intercambia energía con el entorno
c. intercambia materia y energía con el entorno
d. no intercambia energía con el entorno
e. no intercambia materia con el entorno
9.- Para investigar sobre el nivel de ruido en una sala de clases, es necesario definir
1. sistema
2. tipo de sistema
3. entorno
4. universo
a1y2
b 2y3
c 3y4
d 1, 2 y3
*e 1,2,3 y 4
10.-Para estudiar un fenómeno, es necesario saber
I cuáles son las variables que lo condicionan y qué variables se pueden estudiar
II cómo se miden las variables y cómo influye el entorno sobre el sistema
III qué 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