Termodinàmica

1. © McGraw-Hill
Termodinàmic
a química
© McGraw-Hill

2. Introducció a la termodinàmica
Calor I treball i energia interna
Mesura de l’entalpia de reacció
Energia interna i entalpia
© McGraw-Hill
Termodinàmica química
Entropia
Energia lliure de Gibbs
Entalpia lliure de formació

3. © McGraw-Hill
La termodinàmica química és la ciència que estudia els canvis d’energia en les
reaccions químiques.
Introducció a la termodinàmica
Termodinàmica química
Un sistema termodinàmic es defineix com una part determinada de l’univers, de la
qual estudiem els intercanvis de matèria i energia amb l’entorn, que és la resta de
l’univers.
Tipus de sistema Bescanvia matèria
amb l’entorn
Bescanvia energia
amb l’entorn
Sistema obert SÍ SÍ
Sistema tancat NO SÍ
Sistema aïllat NO NO
Funció d’estat: Funció d'una magnitud termodinàmica que defineix l'estat d'un
sistema i que no depèn de com s'ha arribat a aquest estat.

4. © McGraw-Hill
Calor I treball
Termodinàmica química
Calor
Quan un sistema tancat de massa m canvia la seva temperatura, rep de l’entorn o
cedeix a l’entorn una quantitat de calor , en què Q s’expressa en J, m és la massa en kg,
és la calor específica en J/(kg·K) i és la variació de temperatura en K.
Treball
El treball termodinàmic exercit per un gas produeix un canvi de volum ΔV per una
pressió exterior és , en què W s’expressa en J, és la pressió exterior en Pa i és
l’increment de volum en m3
. (Compressió o expansió)

5. © McGraw-Hill
Primer principi de la termodinàmica
Termodinàmica química
Primer principi de la termodinàmica
L’energia d’un sistema aïllat es conserva.
La suma de totes les energies (energia cinètica+energia potencial) s’anomena energia interna U.
Energia interna
L’energia interna d’un sistema és la suma de totes les energies de les partícules que el formen.
La variació de l’energia interna d’un sistema es pot expressar com la suma de la variació de la
calor (Q) i el treball (W de canvi de volum) que bescanvia amb l’entorn:
ΔU = Q + W
És una funció d’estat.
Criteri de signes: tot allò que augmenta l’energia interna del sistema és positiu:
treball rebut i calor absorbida.

6. © McGraw-Hill
2.Energia interna i entalpia I
Entalpia
Anomenem entalpia (H) la suma duma de tointerna i el producte p·V . Només es
poden mesurar variacions:
ΔH = ΔU + p ΔV
Els seus valors es troben experimentalment i es poden trobar en taules.
Procés a volum constant Procés a pressió constant
ΔU =Qv
ΔH = Qp
Per a sòlids i líquids Per a gasos ideals
Termodinàmica química
Qp
= Qv
La variació de volum és gairebé nul·la.
p · V = n· R· T
Per a sistemes a p i T constant:
Qp
= Qv
+Δn· R· T
Si es manté costant la pressió: variació de H = Qp
Sistema gasos: -> si. S’expandeix W= -
-> si es comprimeix W= +
En els sòlids i liquids no els podem comprimir, no
els hi afecta la pressió

7. © McGraw-Hill
2.Energia interna i entalpia II
Diagrames entàlpics
Termodinàmica química

8. Mesura de l’entalpia de reacció (I)
© McGraw-Hill
Entalpia de reacció a partir de les energies estàndards de formació
Podem calcular la variació d’energia d’una reacció a partir de les entalpies estàndard de
formació dels productes i dels reactius (que trobarem en taules com per ex 1.1 pàgina
33:
Si tenim més d’un mol de cadascun dels productes i dels reactius:
S’anomena entalpia de formació estàndard (o normals) el canvi d’entalpia que es
produeix en la reacció de formació d’un mol de compost a partir dels elements que el
constitueixen en el seu estat habitual i estable en les condicions estàndard de pressió
(1 atm) i temperatura (25 ºC). Se simbolitza per ΔHºf
.
Per als elements, per definició, l’entalpia estàndard de formació és zero.
Termodinàmica química

9. Mesura de l’entalpia de reacció (II)
© McGraw-Hill
Llei de Hess
Càlcul d’entalpia de reacció combinant entalpies de reacció conegudes
En una reacció química que es pugui expressar com a suma algebraica d’altres reaccions
químiques, l’entalpia de la reacció, com que és funció d’estat, també és la suma algebraica de
les entalpies de les altres reaccions.
Emprem la llei de Hess quan no coneixem les entalpies estàndard de formació de productes ni
de reactius, però disposem de les entalpies estàndard de reaccio d’altres reaccions amb les
quals es pot relacionar la primera.
Termodinàmica química

10. Mesura de l’entalpia de reacció (III)
© McGraw-Hill
Entalpies de reacció a partir de les energies d’enllaç
Per a les reaccions en què intervenen substàncies gasoses, podem obtenir valors
aproximats de l’entalpia de reacció aplicant l’expressió:
Cal fer servir taules amb els valors d’energies d’enllaç, com per exemple la taula 1.3
pàgina 40
Termodinàmica química

11. © McGraw-Hill
Energia reticular de compostos iònics. Cicle de Born-Haber
Termodinàmica química
L’energia reticular d’un compost iònic és l’energia emmagatzemada per la seva
estructura tridimensional. És la que es desprèn quan es forma un mol de compost iònic
a partir dels seus ions a distància infinita i en estat gasós.

12. Entropia. Segon principi de la Termodinàmica.
© McGraw-Hill
Termodinàmica química
S’anomena entropia la magnitud que mesura el grau de
desordre d’un sistema i el grau de desordre de l’univers.
S’expressa amb la lletra S.
El segon principi de la termodinàmica afirma que en
qualsevol procés espontani l’univers tendeix a l’estat de màxim
desordre.

13. Càlcul de l’entropia d’una reacció
© McGraw-Hill
Termodinàmica química
La variació d’entropia estàndard de reacció es pot calcular a partir de les entropies
absolutes de reactius i productes que es poden trobar en taules:

14. Entropia. Processos reversibles i irreversibles
© McGraw-Hill
Termodinàmica química

15. Entropia. Tercer principi de la termodinàmica
© McGraw-Hill
Termodinàmica química
En un sistema perfectament ordenat, l’entropia té un valor mínim i si es troba a 0K, les
partícules no vibren i estan completament quietes, no tenen cap mena d’energia,
l’entropia és nul·la.
El tercer principi de la termodinàmica afirma que tot sòlid cristal·lí perfectament
ordenat i a la temperatura de 0 K té una entropia nul·la, S = 0.

16. Energia lliure de Gibbs
© McGraw-Hill
L’energia lliure de Gibbs o
entalpia lliure és una
magnitud que indica
l’espontaneïtat d’un procés o
d’una reacció. S’expressa amb
la lletra G.
Si p i T constants:
Per a una reacció espontània,
amb p i T constants:
ΔG < 0.
Termodinàmica química
En el cas dels
semàfors en groc,
l’espontaneïtat de
la reacció
dependrà de la
temperatura.

17. Càlcul de l’energia lliure de Gibbs d’una reacció
© McGraw-Hill
S’anomena energia lliure de formació, ΔGºf
, la variació d’energia lliure de
Gibbs necessària per formar un mol de compost a partir dels elements en estat
fonamental en condicions estàndard de pressió i temperatura (1 atm i 298 K).
El valor de l’energi lliure de formació ens informa de si un compost té tendència
espontània a formar-se a partir dels seus components, en condicions estàndard.
Termodinàmica química
Entalpia lliure de reacció a partir de les
entalpies lliures de formació
Podem calcular la variació d’entalpia lliure d’una reacció a partir de les entalpies
lliures de formació dels productes i dels reactius:
Si ΔGºR
< 0, la reacció és espontània.