TERMOQUIMICA

TERMOQUIMICA
El calor de reacción, Qr se define como la energía absorbida por un sistema
cuando los productos de una reacción se llevan a la misma temperatura de
los reactantes. Para una definición completa de los estados termodinámicos
de los productos y de los reactantes, también es necesario especificar la
presión. Si se toma la misma presión para ambos, el calor de reacción es
igual al cambio de entalpía del sistema, DH r. En este caso podemos
escribir:
Qr= DHr
Los calores de reacción se calculan a partir de los calores de formación. El
calor de reacción: es el cambio de energía que se presenta del rompimiento
o formación de enlaces químicos. El calor de reacción se expresa
generalmente en términos de calorías o kilocalorías (Kcal). Actualmente
también se utiliza el joule (J) como medida de energía cuando se habla de
cambios químicos.
El calor de reacción puede recibir diferentes nombres según el tipo de
cambio que se produce en la reacción. Puede nombrarse entonces como:
calor de formación, calor de combustión, calor de neutralización, etc.
Esta parte de la Química es objeto de estudio de la Termoquímica, a la que
podemos definir como la rama estudia los cambios de energía calórica que
acompañan a las reacciones químicas. Cuando se determina el calor de
reacción, se conoce la cantidad de calor liberada o absorbida en una
reacción a la misma temperatura de los reaccionantes. Si en la reacción
química se produce absorción de energía se denomina endotérmica, y si
hay, lo contrario, liberación de energía se denomina exotérmica.
Para trabajar este asunto debes manejar el concepto de Entalpía,
simbolizado en Química con la letra H, debes saber que es el calor liberado
o absorbido en una reacción por una presión constante; y este se determina
calculando la variación de calor entre las sustancias resultantes y las
reaccionantes.
Esta determinación se denomina variación de entalpía, VH. El signo de éste
resultado o valor señala si hubo liberación de calor o absorción del mismo.
El valor arrojado por esta diferencia o variación indica que tanto los
reaccionantes como los productos contienen calor que es característico de
su masa. El contenido de calor es una medida de la energía que está
acumulada por una sustancia durante su formación.
Si el valor de la variación de entalpía es positivo, hubo absorción de calor
durante la reacción; y si es negativo significa lo contrario, que hubo
liberación de calor.
Tipos de reacciones según la Entalpía:
a) Reacciones endotérmicas: son aquellas reacciones que absorben calor, lo
que significa que la energía de las moléculas de las sustancias resultantes o
productos (EP) es mayor que la energía de las moléculas de las sustancias
reaccionantes (ER).
b) Reacciones exotérmicas: son aquellas reacciones donde se libera calor,
esto significa que la energía de las moléculas de las sustancias resultantes o
productos (EP) es menor que la energía de las moléculas de las sustancias
reaccionantes (ER).
La termoquímica estudia los cambios energéticos ocurridos durante
las reacciones químicas. El calor que se transfiere durante una
reacción química depende de la trayectoria seguida puesto que el
calor no es una función de estado. Sin embargo, generalmente las
reacciones químicas se realizan a P=cte o a V=cte, lo que simplifica
su estudio. La situación más frecuente es la de las reacciones
químicas realizadas a P=cte, y en ellas el calor transferido es el
cambio de entalpía que acompaña a la reacción y se denomina
"entalpía de reacción". La entalpía es una función de estado, luego
su variación no depende de la trayectoria.
Las reacciones donde la variación de entalpía es positiva (calor
absorbido en la reacción) son llamadas reacciones endotérmicas,
mientras que aquellas cuya variación de entalpía es negativa (calor
cedido por el sistema durante la reacción) son llamadas reacciones
exotérmicas.
Si la reacción endotérmica se realiza en un sistema de paredes
adiabáticas, como consecuencia de la reacción se produce una
disminución en la temperatura del sistema. Si la reacción es
exotérmica y se realiza en un recipiente de paredes adiabáticas, la
temperatura final del sistema aumenta.
Si las paredes del sistema son diatérmicas, la temperatura del
sistema permanece constante con independencia de la
transferencia de energía que tiene lugar debido al cambio en la
composición.
Para una reacción química determinada la variación de entropía
estándar a una temperatura T viene dada por la ecuación:
Recordemos que la entropía de
cualquier sustancia pura puede
calcularse haciendo uso del Tercer
Principio de la Termodinámica
A cualquier temperatura la variación de entropía de la reacción
viene dada por la diferencia entre las entropías de productos y
reactivos, generalmente tabuladas a 298K. Sin embargo, no
siempre las reacciones se llevan a cabo a esta temperatura, para
calcular la variación de entropía a otra temperatura bastará con
integrar la ecuación anterior entre 298K y la temperatura a la cual
se realiza la reacción (si no hay cambios de fase en ese rango de
temperatura). Para ello será necesario conocer la dependencia de
la entalpía normal de reacción con la temperatura:
Del mismo modo que hemos calculado la variación de entropía
estándar de una reacción se calcula la variación de energía libre
estándar para la reacción y se define como:
Generalmente se tabulan los valores de las energías de Gibbs de
las sustancias químicas a 298K, pero lo que realmente se tabula es
la variación de energía libre de formación de las sustancias a partir
de los elementos que los constituyen en sus estados estándar. Es
por esto que la ecuación anterior puede ser sustituida por esta otra
ecuación:
Para obtener los valores de energía de Gibbs normal de reacción,
Gio, basta con considerar que la reacción de formación de un
compuesto químico es un proceso
isotérmico e isobárico, por lo que