Termoquímica

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Termoquímica

  1. 1. IVON LOPEZ
  2. 2. Parte de la termodinámica.“Estudia los cambios de energía que se dan en una reacciónquímica” mecánica calóricaSe puede liberar o absorber energía: eléctrica química nuclearEl calor es energía que participa en las reaccionesReacciones que desprenden energía son exotérmicas.Reacciones que necesitan energía son endotérmicas.
  3. 3. Reactivos Productos (Rx Química)Hay rompimiento de enlaces para formar nuevos enlacesCH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l)Para romper y formar enlace se necesita energíaENERGIA. Capacidad para producir un cambio en la materia. ENERGÍA CINÉTICA. Movimiento ENERGÍA POTENCIAL. Energía en función a la posiciónEnergía cinética + potencial= Energía total de un cuerpoLa energía se transforma no se destruye.CALOR: Transferencia de energía por diferencia de temperatura.TEMPERATURA: Mide el nivel térmico o intensidad de calor deun cuerpo
  4. 4. Unidad S.I. energía es joule “J” ó calorías “Kcal” , “cal”1 caloría = 4.184 J 1Kcal = 4.184KJCaloría: “Calor necesario para elevar la temperatura de 1 g. deagua en 1 °C”.CAPACIDAD CALÓRICA O CALOR ESPECÍFICO: Es lacantidad de calor necesaria para elevar la T de 1 g sustanciaen 1°KCAPACIDAD CALÓRICA MOLAR: cantidad de sustanciaesta en moles. (valores de tablas).Q = m*c*ΔT m masa (g); c capacidad calórica específica ΔT cambio de T
  5. 5. CALOR LATENTE.- Calor necesario para cambiar 1 g desustancia de una estado a otro sin cambio de T. (Q = m*c*ΔT)Calor de fusión: Cantidad de calor, sustancia sólida pasalíquido a T cte.Calor de vaporización: Sustancia líquida gaseosa. P cte.Calor sublimación: Sustancia sólida gaseosa. T dada : Calor fusión + calor vaporizaciónQ AB (hielo) < 0°C.QBC (fusión) = 0°CQCD (líquido) entre 0 y 100°CQDE (evaporización) 100°CQEF (gas) > 100 °CQ final= Σ todas las anteriores
  6. 6. Problema:La capacidad calórica del Al es de 0.214 cal/g °C.calcular el calor necesario para elevar la temperaturade 40 g de Al desde 20°C a 32.2 °CQ = m*c*ΔTm masa (g)= 40 gc capacidad calórica específica= 0.214 cal/g °CΔT cambio de T= 32.2-20= 12.2 °C Q = m*c*ΔT Q= 40 g*0.214 cal/g °C *12.2 °C Q= 105.0 cal.
  7. 7. Son ecuaciones balanceadas que indica el flujo de calor.Expresan los reactivos como los productos indicando entreparéntesis su estado físico, y a continuación la variaciónenergética o cambio de entalpía expresada como H(habitualmente como H0).CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l); H0 = –890 kJH2(g) + ½ O2(g) H2O(g); H0 = –241.4 kJSi desprende o produce energía: Rx exotérmica (- H)Si absorbe o consume energía: Rx endotérmica (+ H)
  8. 8. Sirve para medir el calor absorbido o emitidoLos cambios de energía de una rx. química son la diferenciade la energía de los reactivos y productos.La rx exotérmica elimina calor desde lareacción al medio exterior y al final tieneuna energía más baja que la inicial.La rx. endotérmica absorbe energía delmedio hacia el sistema y la energía finales mayor que la inicial.Cambio de entalpía = Entalpía productos – entalpías dereactivos.
  9. 9. Entalpía de un elemento 0 cero (estado estándar) H es directamente proporcional a la cantidad dereactivos o productos.C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) +4H2O(l) H = –2219,8 kJ H es la misma magnitud y con signo contrario si la rx.es inversa.H2(g) + ½ O2(g) H2O(g) H0 = –241.4 kJH2O(g) H2(g) + ½ O2(g) H0 = 241.4 kJ
  10. 10. “Cantidad de calor para formar una mol de sustanciaa partir de sus elementos” a 25°C y 1 atm”Un compuesto con Hf mayor puede rxexplosivamente.Estos valores se encuentras en tablas. Hf de un elemento = 0La mayoría de compuestos tienen Hf negativoquiere decir q el compuesto es más estable que suselementos.
  11. 11. Si H es positivo la rx absorbe calor, endotérmicaSi H es negativo la rx desprende calor, exotérmicaSi en la rx hay un elemento H es igual a ceroProblemas de aplicaciónConocidas las entalpias de formación del butano (C4H10), agua líquida yCO2, cuyos valores son respectivamente –124’7, –285’8 y –393’5 kJ/mol, calcularla entalpía estándar de combustión del butano. C4H10(g) +13/2O2(g) 4 CO2(g) + 5H2O(l) H0comb= ? H0combustión = np Hf0(producto.) – nr Hf0(reactivos) =4 mol(– 393’5 kJ/mol) + 5 mol(– 285’8 kJ/mol) –1 mol(– 124’7 kJ/mol) = – 2878’3 KjLuego la entalpía estándar de combustión será H0combustión = – 2878’3 kJ/mol
  12. 12. CALOR DE COMBUSTIÓN“Es el calor desprendido en la combustióncompleta de una mol de sustancia”Combustión:Hidrocarburos + ½ O2 CO2 + H2OExperimentalmente se determina con la bombacalorimétrica.Problema de aplicación
  13. 13. Se encarga de medir los calores dereacción usando un calorímetro.Se mide el calor absorbido o liberadoen una rx.Mide pequeños cambios de energíacalórica.Se usa para determinar el calor deneutralización de ácidos y basesPor tanto se mide el cambio de T deun cuerpo cuando absorbe calor.Q = m*c*ΔTValores en tablas.Problemas de aplicación
  14. 14. Permite expresar H de una rx cuando el proceso seda en 2 o más rx“La cantidad de calor que interviene en una rxquímica es la misma así la rx se de en una o variasetapas” H reacción= H1 + H2 + H3 + ………EJEMPLOS DE APLICACIÓN
  15. 15. Rx química reactivos absorben energía (romper enlaces)Productos liberan energía (forman enlaces).“ENERGÍA DE ENLACE es el cambio de entalpía ∆Hcuando se rompe un mol de enlaces en el estadogaseoso”Esta entalpía se refiere al enlace específico de uncompuesto, es un valor positivo.ENTALPÍA DE ENLACE MEDIA.- Valor medio de Hde disociación de enlace para la misma clase de enlace peroen diferentes compuestos
  16. 16. Observemos las siguientes ecuaciones:a.- H2 (g) 2H H= +104.0 kcalb.- 2Cl (g) Cl2(g) H= -58.0 kcalLa ecuación (a) disocia enlaces (valorpositivo), absorbe calor, endotérmicoY en b se forma un enlace H es negativo, esexotérmica. H reacción= Ʃ (enlaces rotos) – Ʃ (enlaces formados)Datos de tablasEjercicios de aplicación
  17. 17. Calcular la energía del enlace H-Cl en el cloruro dehidrógeno conociendo H f0(HCl) cuyo valor es –92,3kJ/mol y las entalpías de disociación (energías de enlace)del H2 y del Cl2 de la tabla adjunta.La reacción de disociación del HCl será:(4) HCl(g) H(g) + Cl(g) H0=?(1) ½ H2(g) + ½ Cl2(g) HCl(g) H f0(HCl) = –92,3 kJ(2) H2(g) 2H(g) Ee(H2) = 436,0 kJ(3) Cl2(g) 2Cl(g) Ee (Cl2) = 243,4 kJ(4) = (1) – [ ½ (2) + ½ (3)] H 0 = [(–92,3 kJ )] – [ ½ (436,0 kJ) + ½ (243,4 kJ) = 432,0 kJpuesto que en la reacción (4) se disocia un mol de enlacesH–Cl.
  18. 18. Estudia las transformaciones de energía en los cambioquímicos y físicos de la materia.Es necesario conocer si se da o no cambios en una rxquímica.
  19. 19. SISTEMA.- Es una muestra que participa en una reacción .ENTORNO.- Es lo que rodea la sistema.UNIVERSO= Sistema + entorno.La energía dentro de un sistema se llama energía interna E ycuando se transmite de un objeto a otro se llama TRABAJOPRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA “El cambio total deenergía E en el sistema es numéricamente igual al calor “Q”absorbido por el sistema, menos el trabajo “W” efectuado por elsistema. E=Q–WLa energía interna E es toda la energía que poseen lasunidades atómicas, moleculares o iónicos quecomponen el sistemaENERGÍA TOTAL= Suma de la energía cinética ypotencial.En una reacción E= E productos – E reactivos.
  20. 20. ENTROPÍA “S”Propiedad de las sustancias que intervienen en las reaccionesquímicas.Tiene que ver con el orden de las partículas en una sustancia(sólido, líquido y gas).S (sólido) < S (líquido) < S (gaseoso)La espontaneidad de un sistema esta relacionado con el cambiodel orden del sistema.“cambio en el orden del sistema se llama ENTROPIA”CAMBIO DE ENTROPIA ESTÁNDAR SO“Cambio de entropía por mol para convertir los reactivos enproductos a 1 atm y 25 oC”LOS VALORES EN TABLAS. SO= Ʃ n S0 productos – Ʃ n S0 reactivos SO = + indica aumento en el cambio SO = - indica disminución en el cambio
  21. 21. Incremento en el cambio en el orden de las partículas puede producir:Aumenta el # de moles del gas aumenta entropía y si disminuye el #de moles la entropía también disminuye.Si aumenta la temperatura de un líquido o un gas aumenta laentropía. (aumento en la energía cinética mayor libertad demovimiento de las partículas)El aumento de la presión disminuye la entropía.En los sólidos la entropía es baja, si se lo funde la entropía aumenta ysi llega a gaseoso la entropía es mayor.Se calcula:SO= Ʃ n S0 productos – Ʃ n S0 reactivos Ejercicios de aplicación
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