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Las reacciones químicas y la energía. Las reacciones químicas y la energía. Presentation Transcript

  • LA ENERGÍA EN LAS REACCIONES QUÍMICAS INTRODUCCIÓN. En todas las reacciones químicas hay un intercambio de energía.En algunas reacciones químicas se libera energía, mientras que en otras es necesario suministrarle energía para poder obtener los productos que se requieren. Para el químico son importantes dos cosas: • Saber cuanta energía puede liberar una reacción, para de esta formacontrolar el proceso y no verse sorprendido con reacciones violentas que puedan poner en peligro su integridad y la de los demás.• Saber cuanta energía puede consumir una reacción química con el fin dedeterminar el costo energético del proceso químico y si es posible llevarlo a cabo en condiciones adecuadas.
  • LAS REACCIONES QUIMICAS Y LA ENERGIAEn general los procesos físicos y químicos van acompañados de cambios de Energía que pueden manifestarse de diferentes formas: Energía calórica o Energía Energía Energía Calorífica luminosa eléctrica Mecánica. Ejercicio 1. buscar ejemplos de estos tipos de energías
  • CALOR DE REACCION Es el calor liberado o absorbido en una reacciónSe puede medir utilizando las unidades de energía:Kilocalorías (Kcal.)calorías (cal)joule o julio (J)BTU.Equivalencias:1 Kcal. = 1000 cal. Esta equivalencia se puede escribir como factoresde conversión de la siguiente forma:__________ 1 Kcal. o de forma inversa así: ___________ según el caso. 1000 cal 1000 cal 1 Kcal. EJERCICIO 2.1 cal. = 4,184 J.1 Kcal. = 4,184 Kj. Escribir estas equivalencias como factores1 BTU = 252 cal de conversión
  • Ejemplos 1. Conversión de Cal a kilocalorías ¿Qué cantidad de Kcal. se encuentran en 12568 cal? Sabemos que 1 Kcal. = 1000 calorías.Esta igualdad se puede escribir como factor de conversión de la siguiente forma: 1 Kcal. ________ 1000 cal. Esta expresión escrita así se llama factor de conversión y se lee: 1 Kcal. Equivale a 1000 calorías También se puede escribir de forma inversa y se leería: 1000 calorías equivale a 1 Kcal. Continua…..
  • Ahora tomamos la cantidad que queremos convertir y la multiplicamosPor el factor de conversión así: 1 Kcal.12568 cal ----------------- = 12,568 Kcal. 1000 cal.La respuesta es 12568 calorías equivale a 12,568 Kilocalorías.Para el caso inverso donde tuviéramos Kcal. y los quisiéramos convertir encalHaríamos lo siguiente por ejemplo:Convertir 56,69 Kcal. En calorías. 1000 cal.56,69 Kcal. ----------------- = 56690 calorías. 1 Kcal.La respuesta es 56,69 Kilocalorías equivale a 56690 calorías.(Note que el factor de conversión se invirtió para poder cancelar lasunidades)
  • Ejemplo 2. Convierta 500 BTU a Kilocalorías.Sabemos que 1 BTU equivale a 252 calorías. ( pero no sabemos cuántasKilocalorías tiene 1 BTU )Paso 1. Para este problema convertimos primero los BTU en calorías. 252 cal.500 BTU --------------- = 126000 calorías 1 BTUPaso 2. Ahora sabiendo que 1Kcal. = 1000 caloríasConvertimos las calorías en Kilocalorías.Tenemos: 1 Kcal.126000 calorías--------------------- = 126 Kcal. 1000 calLa respuesta es 500 BTU equivale a 126 Kcal.
  • Ejercicio 3. Convierta:1. 1526 BTU a calorías.2. 235 calorías a BTU.3. 300 Julios a Kilojulios.4. 256 calorías a kilocalorías.5. 1000 kilojulios a kilocalorías6. 4300 BTU a julios.7. 345 julios a BTU.
  • TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS SEGÚN EL INTERCAMBIO DE ENERGÍA Si ab s Se orbe de ne no ne m rgí ina a n: S il i deS b n a e one r ne n mi í a g e : na rEXOTERMICAS ENDOTERMICASEjemplos: Ejemplos:La combustión de gas natural. La fotosíntesis.La respiración.El encendido de fósforo. Reacciones de descomposición.
  • CONTENIDO CALORÍFICO O CALÓRICO Toda sustancia posee una energía interna o contenido calorífico Y se le denomina ENTALPIA La entalpía se representa por la letra (H)Un concepto importante es la ENTALPIA DE REACCIONo calor de reacción (ΔH)La entalpía de reacción (ΔH) no es más que la diferencia entre las entalpíasde los productos y la entalpía de los reactivos, así:(ΔH) = ΣH (productos) - Σ (reactivos)Cuando (ΔH) > 0 la reacción es endotérmica. (no espontánea)Cuando (ΔH) < 0 la reacción es exotérmica. (espontánea)
  • Entalpía de formación de algunas sustancias (como leerla) Observe que la entalpíaSustancias Kcal./mol Kj./mol varía según el estado de agregación o de la materiaH2O(l) -68,3 -285,9H2O(g) -57,8 -241,8 } H2O(l)CO(g) -26,4 -110,5CO2(g) -94,0 -393,5 Este subíndice indica que el agua se encuentra en estadoNO(g) +21,6 +90,5 líquido. Si fuese (g) indica estadoNO2(g) +8,0 +33,5 gaseoso.NH3(g) -11,0 -46,2 Si es (s) indica estado sólido. Si es (ac) indica acuoso.HCOOH(l) -97,8 -409,8C2H4O2(g) -39,8 +166,7 El término mol indica una cantidad relativa de la moléculaEstos valores indican la cantidad deenergía que utilizaron o liberaronpara su formación.
  • Ejemplo de cálculo de entalpía de una reacción (ΔH).En la reacción de descomposición del CaCO3 en CaO y CO2Calcule la entalpía de la reacciónAhora averiguamos por tabla las entalpías de formación a 25ºCde cada uno de los compuestos de la reacción: }Hº(CaCO3(s)) = -1207,1 Kj/mol Recuerde: estos datos siempre los encontrará enHº(CaO(s)) = -635,5 KJ/mol tablas químicas.Hº (CO2(g)) = -393,7 Kj/mol.La ecuación química que describe la reacción es: Tenemos que verificar siempre que la ecuación esté balanceadaCaCO3(s) → Δ CaO(s) + CO2(g) El símbolo Σ significa sumatoria. Quiere decir en este caso que se deben sumar los productos y enEl ΔH (reacción) = ΣH (productos) – ΣH (reactivos) el otro caso sumar todos los reactivosEl cálculo se hace de la siguiente manera: }ΔH (reacción) = (Hº CO2(g) + Hº CaO(s) ) – Hº (CaCO3(s) ) } Productos Reactivos
  • De la ecuación química: 1 CaCO3 (s) → 1 CaO (s) + 1 CO2(g) observe: Estos coeficientes indican el número de moles Coeficientes.Los coeficientes se deben multiplicar por la entalpía de cada compuestocuando son diferentes a uno. Recuerde: El procedimiento es algebraico. Hay que tenerΔH (reacción) = (-635,5+(-393,7) – (-1207,1) en cuenta los signos. } } Productos ReactivosΔH (reacción) = (-635,5-393,7) + 1207,1ΔH (reacción) = -1029,2+1207,1ΔH (reacción) = +177,9 Kj/molAl ser el valor de ΔH > 0 (es decir positivo) la reacción es endotérmica.Quiere decir esto que la reacción no es espontánea.
  • Una reacción no espontánea es aquella a la cual hay queAl ser el valor de ΔH > 0 (es decir positivo) suministrarle energíala reacción es endotérmica. para que ocurra.Quiere decir esto que la reacción no es espontánea. espontáneaLa respuesta al problema sería: Por cada mol de CaCO3 para suDescomposición hay que suministrar 177,9 Kj de energía.
  • Ejemplo 2. Utilice las entalpías de formación para calcular el ΔH de reacción.La ecuación química es:Fe2O3 (s) + CO(g) → Fe (s) + CO2(g)Debemos balancearla colocando los coeficientes adecuados. Observe: que el número de elementos de los reactivos es igual al número de elementos de los productos.Fe2O3(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO2(g)Ahora buscamos las entalpías de formación en laTabla de entalpías.Debemos tener en cuenta los estados de la materiaes decir los estados de agregación.
  • Tabla de entalpías a 25º C y 1 atm de presión. compuesto H (Kj/mol) compuesto H (Kj/mol) H2O(g) -241,8 CO (g) -110.5 H2O(l) -285,9 NO (g) +90,37 HF (g) -269 NO2 (g) +33,8 HCl (g) -92,30 HNO3 (l) -173,2 HBr (g) -36,2 NaCl (s) -411,0 HI (g) +25,9 MgO (s) -601,83 H2s (g) -20,2 CaO (s) -635,5 HCN (g) +130,5 Ca(OH)2 (s) -986,59 NH3 (g) -46,9 CaCO3 (s) -1206,9 CO2(g) 393,5 ZnO(s) -348,0 PH3 (g) +9.25 BaO (s) -588,1 CH4 (g) -74,85 Al2O3 (s) -1669,8 SO2 (g) -296,9 Fe2O3 (s) -822,2
  • De la tabla hemos extraído los siguiente datos:Hº CO (g) = -110.5 Kj/mol.Hº CO2(g)= -393,5 Kj/mol. Entalpías de formaciónHº Fe2O3 (s) = -822,2 Kj/mol.Faltarían las entalpías del Fe pero como es un elemento suentalpía de formación es cero (0). Los elementos no tienen entalpía deFe, O2, Al, Cl2. S, etc. formación por lo tanto su valor es cero (0).Ahora procedemos al cálculo:El ΔH (reacción) = ΣH (productos) – ΣH (reactivos)La reacción es: Fe2O3(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO2(g)
  • Ahora procedemos al cálculo:El ΔH (reacción) = ΣH (productos) – ΣH (reactivos)La reacción es: Fe2O3(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO2(g)ΔH (reacción) = (Hº CO2(g) *3moles ) - (Hº Fe2O3(s) *1 mol + Hº CO(g) * 3 moles)Observe que los coeficientes son diferentes a uno por lo tanto hay quemultiplicar las entalpías por los valores de sus coeficientes. Debemos resolver algebraicamenteReemplazamos valores:ΔH (reacción) = (-393,5 Kj/mol.*3 mol) – (-822,2 Kj/mol* 1mol + (-110.5 Kj/mol*3 moles))ΔH (reacción) = (-1180.5 Kj.) - (-822,2 Kj. – 331,5 Kj.)ΔH (reacción) = -1180,5 Kj - ( - 1153,7 Kj)ΔH (reacción) = -1180,5 Kj + 1153,7 Kj ΔH (reacción) = - 26,8 Kj
  • EJERCICIOS 4.Calcule las entalpías de reacción (ΔH) para las siguientes reacciones:1. H2S(g) + O2(g) → H2O(l) + SO2(g)2. Fe2O3(s) + H2(g) → Fe(s) + H2O(g)3. 2NH3(g) + 2CH4(g) + 3O2(g) → 2 HCN (g) + 6H2O(l)Prediga si las reacciones son espontáneas o no.Nota: use las tabla de entalpías que se presenta en la diapositiva 15.
  • Responder:1. ¿Qué es la entalpía?2. ¿Cómo se clasifican las reacciones químicas según la dirección de la energía?3. ¿Cuándo una reacción es espontánea?4. ¿Por qué es importante para el químico estudiar la energía en las reacciones químicas?5. ¿Cuáles son los estados de agregación?