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G1-Tema15:Otros aspectos relacionados con las reacciones químicas. Apartados 1, 2 y 3
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G1-Tema15:Otros aspectos relacionados con las reacciones químicas. Apartados 1, 2 y 3

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Trabajo del grupo 1, formado por Cristian Cabello, Irina Bendetska y Jaime Soler.

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  • 1. 17 de abril de 2012Irina BendetskaCristian CabelloJaime SolerIes Miraya del Mar, Torre del Mar.
  • 2. • La energía en las reacciones químicasPuntos • Calor y entalpía de reacción1, 2 y 3 • Ley de Hess y sus aplicaciones • Velocidad de una Puntos reacción química 4y5 • Factores que influyen en la velocidad de reacción • Algunas reacciones químicas de interés Puntos • Reacciones químicas y medio 6, 7 y 8 ambiente • Desarrollo y sostenibilidad
  • 3. La energía en las reacciones químicas Definición de energía. Capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo o transferir calor. En este tema, vamos a tratar la energía química, asociada a las uniones entre átomos o moléculas de las sustancias. En muchos casos, podemos ver que la utilidad de las reacciones se encuentra en la energía y no en los cambios.Podemos ver algunos ejemplos en las reacciones decombustión. C4 H 10+ 13/2 O2 ———> 4 CO2 + 5 H2O
  • 4. Tipos de sistemas y reaccionesTomamos como sistema la porción del universo que contiene las sustancias que participan en una reacción. El medio es lo demás que puede reaccionar con él. - En sistemas abierto o cerrados, se intercambia calor con el entorno. - Pero en sistemas aislados, absorber o desprender energía produce cambios en todo el sistema. Cuando en la reacción se puede intercambiar calor, dependiendo de si se absorbe o se desprende hablamos de una reacción exotérmica o endotérmica. - Una reacción exotérmica es aquella que libera energía. - Una reacción endotérmica es aquella que absorbe energía.
  • 5. Calor y entalpía de reacciónEl calor de reacción, Q se define como la energía Diagramas entálpicosintercambiada por un sistema cuando los productos de unareacción se llevan a la misma temperatura de los reactivos.Debido a que las reacciones suelen darse a presión constanteusamos una magnitud llamada entalpía, H, cuya variacióncoincide con el calor de reacción a presión constante. • Cuando la entalpía de los productos es mayor que• La entalpía es una magnitud extensiva, lo que significa que su valor depende la de los de la cantidad de materia que reaccione. reactivos, ΔH>0, la• Es una función de estado. Por lo que la variación solo depende de los reacción es endotérmica. estados inicial y final. • Cuando es menor la de• Es imposible medir el valor absoluto de entalpía, H, solo podemos medir su los productos a la de los variación, ΔH. reactivos, ΔH<0, la reacción es exotérmica. • La reacción 2N2 (g) + O2 (g) + 39 Kcal  2N2O(g) es endotérmica porque absorbe energía. • Sin embargo la reacción CH4(g)+ 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(g) + 213 Kcal.
  • 6. Estados y entalpías estándar y ecuaciones termoquímicas • Debido a que la entalpía varía según el estado de los reactivos y los productos, se definen unos estados estándar. • Son: 1 bar de presión, estado de agregación con mayor estabilidad a presión Estados estándar y tª, 1molar(1M). La tº suele ser 25ºC. estándar • Cuando no especificamos nada más, la reacción se da en condiciones estándar. • Para referirnos a esto, usamos un superíndice (º) de forma que ΔHºr (500K) significa Entalpía entalpía estándar de reacción a 500K. estándar • Una ecuación termoquímica es una ecuación química ajustada en la que se indica a su derecha las magnitudes termodinámicas correspondientes, casi siempre la entalpía. • Si se invierte una ecuación termoquímica, el valor de la entalpía cambia de signo Ecuaciones pero conserva su valor numérico termoquímicas • Ej: CH4(g) + 2 O2(g)  CO2(g) + 2 H2O(l); DH0 = –890 kJ CO2(g) + 2 H2O(l)  CH4(g) + 2 O2(g); DH0 = +890 kJ
  • 7. Ley de Hess y sus aplicaciones Las características de la entalpía permiten utilizar un ciclo termodinámico llamado ley de Hess.Al ser la entalpía de reacción una función de estado, cualquierreacción se puede descomponer como suma de otras. Si observamos las ecuaciones AB, BC y AC, veremos que la ecuación AB se obtiene restando AC – BC
  • 8. Ejercicio de aplicación• La reacción de síntesis del acetileno, C2H2, es : 2 C(grafito) + H2(g) = C2H2(g) Calcula su variación de entalpía a partir de las siguientes ecuaciones: a) C(grafito) + O2(g)  CO2(g) ΔHa= -393,5 kJ b) H2(g) + ½ O2(g)  H2O(l) ΔHb=-285,8 kJ c) 2 C2H2(g) + 5 O2(g)  4 CO2(g) + 2 H2O(l) ΔHc=-2598,8 kJ• Solución: Necesitamos obtener una ecuación que contenga sólo C y H2 en el primer miembro y C2H2 en el segundo, por lo que es preciso eliminar O2, CO2 y H2O. Dicha ecuación puede obtenerse a partir de: 2·a + b - 1/2·c Llevamos a cabo las operaciones indicadas y sumamos las ecuaciones intermedias y sus entalpías: 2 C(grafito)+ 2 O2(g)  2 CO2(g) H2(g) +½O2(g)  H2O(l) 2 CO2(g) + H2O(l)  C2H2(g) + 5/2 O2(g) Queda por tanto: 2 C(grafito)+ H2(g)  C2H2(g)• La variación de entalpía de la reacción es ΔH = 2·ΔHa + ΔHb - 1/2·ΔHc = 226,6 kJ
  • 9. Velocidad de una reacción químicaLa velocidad de reacción es lavariación de la concentraciónde un determinado reactivo o Y se expresa en mol·L-1·s-1 producto en la unidad de tiempo.Observando la grafica tendriamos la ecuacion que aparece ala derecha.La letra A representa los reactivos y B, los productos. Estosdos son inversamente proporcionales, es decir, con el pasode tiempo A va disminuyendo mientras que la B vaaumentando. Eso quiere decir que los reactivos, al pasarcierto tiempo se van convirtiendo en productos.
  • 10. Teoría de las colisionesLa teoría de colisiones se basa enla teoría cinético-molecular de losgases que permite calcular lafrecuencia de colisiones porminuto.Esta teoría afirma que para quehaya reacción química el choqueentre moléculas ha de ser eficaz, loque sucede cuando: Las moléculas disponen de una energía El choque ha de tener una orientación cinética suficiente para romper los enlaces. Se adecuada. Si no, aunque las moléculas tengan denomina energía de activación. suficiente energía, no tendrá lugar la reacción
  • 11. Teoría del estado de transición Esta teoría estudia como va cambiando la energía del sistema. Para ello, postula la existencia de una especie química que existe en un estado intermedio en el camino de reactivos a productos. El estado intermedio se denomina estado de transición, y la especie intermedia, complejo activo. El complejo activado, en equilibrio con los reactivos, es la especie mas energética y inestable. Por eso, se descompone originando los productos. Para llegar al complejo activado, tanto desde reactivos como desde productos, hace falta absorber una energía, energía de activación. La energía de activación del proceso directo es la diferencia de energía entre el complejo activado y los reactivos.La energía de activación del proceso inverso es la diferencia energética entre el complejo activado y los productos.
  • 12. Factores que influyen en la velocidad de reacción Las reacciones queNaturaleza de los reactivos no implican un reajuste de enlaces suelen ser muy rápidas en casi todas las reacciones entre iones. Sin embargo, especies con enlace covalente muy intenso, suelen ser lentas y necesitan ser activadas.
  • 13. Factores que influyen en la velocidad de reacción La velocidad de una EFECTO DE LA reacción aumenta con la TEMPERATURA concentración de las especies reaccionantes. Las reacciones entre gases son las mas rápidas. Si en una reacción interviene un CONCENTRACION Y solido, cuanto mas pulverizado se ESTADO FISICO DE encuentre, mayor será su superficie de LOS REACTIVOS contacto y, por tanto, transcurrirá mas rápidamente.
  • 14. Presencia de catalizadores e inhibidoresUn catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin consumirse en ella. Los inhibidores son sustancias que ralentizan la velocidad de reacción pero su mecanismo de activación es diferente a los catalizadores.• Porque se recuperan al final de proceso.• No alteran las variables termodinámicas.• Reduce la energía de forma directamente proporcional.• Son muy específicos.• Tiene un margen muy estrecho.
  • 15. Algunas reacciones químicas de interés ·Definición de combustión: Una combustión es un proceso químico en el que una sustancia, denominada combustible, reacciona con oxígeno (el . comburente), produciéndose, además de diversos productos, un rápido desprendimiento de energía en forma de luz y calor. La combustión de todo hidrocarburo origina CO2 y H2 Cuando hay escasez de oxigeno se origina CO tóxico.
  • 16. Reacciones en los seres vivos
  • 17. Reacciones químicas y medio ambienteEl CO2 junto con el agua y otros gases es elresponsable del efecto invernadero y sin ellos la Tierraseria un planeta helado.La radiación es absorbida y asi es como se calienta laTierra, esta radiación es retenida por los gases de laatmosfera evitando su perdida, este es el conocidoefecto invernadero, a mas CO2 producido maspotente se hará el efecto invernadero, y llegara alproceso de efecto invernadero anómalo.
  • 18. Efecto invernadero
  • 19. Problemas medioambientales Cuando los valores del PH del agua deLa mayor parte de la radicación UV la la lluvia (algo acida) hablamos de lluviaabsorben el O2 y el N2, pero hay una acida, debido a la presencia de NO2 yparte que solo es absorbida por el SO2 que realizan unas reacciones que loozono(O3) que se encuentra en la transforman en acido nítrico y acidoestratosfera, la radiación que llega a sulfúrico, esto produce graves dañosnuestra superficie es casi nula. medioambientales.La emisión de los CFC (compuestos Esto es producido por dosfluoruro carbonados), o el oxido factores, el natural, responsablenítrico, es peligrosa ya quedescomponen el ozono, eliminando de originar SO2 en las erupcionesnuestro escudo protector, es volcánicas, y la industrial-conocido como el agujero de la capa social, usando el carbón ode ozono. combustibles fósiles.
  • 20. Desarrollo sostenible
  • 21. Repercusiones asociadas al uso de combustibles fósiles Podemos destacar dos aspectos: Los socioeconómicos y los medioambientales. Medioambientales → Usar combustibles fósiles constituye la principal fuente de contaminación atmosfera, esto esa causando el famosísimo cambio climático Socioeconómicos → La excesiva dependencia de Europa, de los combustibles fósiles condiciona seriamente el desarrollo de nuestra sociedad, el agotamiento de estos combustibles para mediados de este siglo supondría la parálisis del planeta.
  • 22. Sostenibilidad energética -Las energías renovables → el uso de energías renovables tienen escasa incidencia Según la sobre el medioUE el peso ambiente y tienen de las una buena energías adaptación social.renovables debería aumentarconsiderab Transporte sostenible → el lemente transporte por carretera supone mas del 40% de la energía primaria, de aquí a que se trabaje ahora todo lo posible con biocombustibles o con el uso de vehículos ecológicos, eléctricos, de propulsión hibrida o alimentados por gas natural, por gas licuado o por hidrogeno.