Entalpia de reacción como criterio de afinidad

Ana Fernanda Alejandres Dueñas
Tarea #2
Pirometalurgia
Objetivo:
Calculo de las variaciones de entalpia a distintas temperaturas mediante la
formula:
∆𝑯𝑻𝑹𝒙 = ∆𝑯𝒐𝑹𝒙 + ∆𝒂(𝑻𝟐 − 𝟐𝟗𝟖. 𝟏𝟓) +
∆𝒃
𝟐
(𝑻𝟐𝟐 − 𝟐𝟗𝟖. 𝟏𝟓𝟐 ) − ∆𝒄 (
𝟏
𝑻𝟐
−
𝟏
𝟐𝟗𝟖.𝟏𝟓
)+
∆𝒅
𝟑
(𝑻𝟑𝟐 − 𝟐𝟗𝟖. 𝟏𝟓𝟑 ) ec(1)
Introducción
La entalpia de formación estándar representa la variación de entalpia en
condiciones estándar (298.15K a 1atm) cuando se forma un mol de compuesto a
partir de sus elementos en su estado normal de agregación a 298.15K.
La entalpia de formación podrá ser positiva, reacción endotérmica, o negativa,
reacción endotérmica.
En este caso estamos utilizando la entalpia de reacción de algunos óxidos
metálicos como criterio para evaluar la afinidad de ciertos metales hacia el
oxígeno; entre menor (más negativa) sea la variación de entalpia mayor será la
afinidad del metal por el oxígeno, mientras que mayor sea (más positiva) menor
será la afinidad del metal por el oxígeno.
Procedimiento
1. Se escribieron las reacciones de formación de los óxidos y se ajustaron
para un mol de O2:
4
2
𝐴𝑙(𝑠) + 𝑂2(𝑔) → 𝐴𝑙2 𝑂3(𝑠)
3
3
2𝐶𝑎(𝑠) + 𝑂2(𝑔) → 2𝐶𝑎𝑂(𝑆)
4𝐴𝑔(𝑠) + 𝑂2(𝑔) → 2𝐴𝑔2 𝑂(𝑠)
2𝐶𝑎(𝑠) + 𝑂2(𝑔) → 2𝐶𝑎𝑂(𝑆)
2𝑃𝑏(𝑠) + 𝑂2(𝑔) → 2𝑃𝑏𝑂(𝑆)
2𝑍𝑛(𝑠) + 𝑂2(𝑔) → 2𝑍𝑛𝑂(𝑆)
2. Se obtienen los datos para calcular ΔHRxT y Δa, Δb, Δc y Δd para el calculo de
Cp, para todos las reacciones.
Elemento/compuesto
Al
O2
Al2O3
Ʊ
ΔH°f
-1.3333333
-1
0.66666667
0.00E+00
0.00E+00
-4.01E+05
a
b
4.94E+00
7.16E+00
2.55E+01
c
2.96E-03
1.00E-03
4.25E-03
0.00E+00
-4.00E+04
-6.82E+05
d
0.00E+00
0.00E+00
0.00E+00
Ana Fernanda Alejandres Dueñas
Tarea #2
Pirometalurgia
Elemento/compuesto
Ca
O2
CaO
Ʊ
ΔH°f
a
b
c
d
-2
0.00E+00 6.06E+00 -1.74E-03 0.00E+00
5.67E-06
-1
0.00E+00 7.16E+00
1.00E-03 -4.00E+04 0.00E+00
2.00 -1.52E+05 1.19E+01
1.08E-03 -1.66E+05 0.00E+00
Elemento/compuesto
Ag
O2
Ag2O
Ʊ
ΔH°f
a
b
c
d
-4
0.00E+00 5.09E+00
2.04E-03 3.60E+04 0.00E+00
-1
0.00E+00 7.16E+00
1.00E-03 -4.00E+04 0.00E+00
2.00 -7.30E+03 1.42E+01
9.75E-03 -1.00E+05 0.00E+00
Elemento/compuesto
Pb
O2
PbO
Ʊ
ΔH°f
a
b
c
d
-2
0.00E+00 5.63E+00
2.30E-03 0.00E+00 0.00E+00
-1
0.00E+00 7.16E+00
1.00E-03 -4.00E+04 0.00E+00
2.00 -5.24E+04 1.10E+01
3.75E-03 -1.00E+05 0.00E+00
Elemento/compuesto
Zn
O2
ZnO
Ʊ
ΔH°f
a
b
c
d
-2
0.00E+00 5.35E+00
2.40E-03 0.00E+00 0.00E+00
-1
0.00E+00 7.16E+00
1.00E-03 -4.00E+04 0.00E+00
2.00 -8.38E+04 1.17E+01
1.22E-03 -2.18E+05 0.00E+00
3. Se calculan las variaciones totales de entalpia y a, b, c, y d para Cp.
Calculamos para el trióxido de aluminio(III)
ΔH°𝑅𝑥(𝐴𝑙2𝑂3) = −4/3𝑚𝑜𝑙(0 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙) − 1𝑚𝑜𝑙(0 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙) + 2/3𝑚𝑜𝑙(−4.01𝐸5)
ΔH°𝑅𝑥(𝐴𝑙2𝑂3) = −267266.67 𝑐𝑎𝑙
Δa(𝐴𝑙2𝑂3) = −4/3𝑚𝑜𝑙(4.94 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙) − 1𝑚𝑜𝑙(7.16 𝑐𝑎𝑙) + 2/3𝑚𝑜𝑙(2.55𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)
Δa(𝐴𝑙2𝑂3) = 3.24𝑐𝑎𝑙
Δb(𝐴𝑙2𝑂3) = −4/3𝑚𝑜𝑙(2.96𝐸 − 3 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙) − 1𝑚𝑜𝑙(1𝐸 − 3 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜ñ) + 2/3𝑚𝑜𝑙(4.25𝐸 − 3)
Δb(𝐴𝑙2𝑂3) = −2.11𝐸 − 3𝑐𝑎𝑙
Δc(𝐴𝑙2𝑂3) = −4/3𝑚𝑜𝑙(0𝐸5 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙) − 1𝑚𝑜𝑙(−4𝐸5 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙) + 2/3𝑚𝑜𝑙(−6.82𝐸5)
Δ𝑐(𝐴𝑙2𝑂3) = −4.15𝐸5𝑐𝑎𝑙
Δd(𝐴𝑙2𝑂3) = −4/3𝑚𝑜𝑙(0𝐸 − 6 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙) − 1𝑚𝑜𝑙(0𝐸 − 6 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙) + 2/3𝑚𝑜𝑙(0𝐸 − 6)
Δd(𝐴𝑙2𝑂3) = 0𝐸 − 6𝑐𝑎𝑙
Ana Fernanda Alejandres Dueñas
Tarea #2
Pirometalurgia
Repetimos para todas las reacciones:
Compuesto
ΔH°f (cal)
Δa (cal)
Δb (cal)
Δc (cal)
Δd (cal)
Al2O3
-267266.67
3.24E+00
-2.11E-03
-4.15E+05
0.00E+00
CaO
-303200
4.43E+00
4.63E-03
-2.92E+05
-1.13E-05
Ag2O
-14600
8.40E-01
1.03E-02
-3.04E+05
0.00E+00
PbO
-104880
3.48E+00
1.90E-03
-1.60E+05
0.00E+00
ZnO
-167600
5.56E+00
-3.36E-03
-3.96E+05
0.00E+00
4. Calculamos ΔHTRX para todas las especies de metales con todas las temperaturas
de la siguiente forma:
−𝟐. 𝟏𝟏𝑬 − 𝟑𝒄𝒂𝒍
(𝟓𝟎𝟎𝟐 − 𝟐𝟗𝟖. 𝟏𝟓𝟐 )
𝟐
𝟏
𝟏
𝟎𝒄𝒂𝒍
− (−𝟒. 𝟏𝟓𝑬𝟓𝒄𝒂𝒍) (
−
)+
(𝟓𝟎𝟎𝟑 − 𝟐𝟗𝟖. 𝟏𝟓𝟑 )
𝟓𝟎𝟎 𝟐𝟗𝟖. 𝟏𝟓
𝟑
∆𝑯𝑻𝑹𝒙 = −𝟐𝟔𝟕𝟐𝟔𝟔. 𝟔𝟕𝒄𝒂𝒍 + (𝟓𝟎𝟎 − 𝟐𝟗𝟖. 𝟏𝟓) +
∆𝑯𝑻𝑹𝒙 = −𝟐𝟔𝟕𝟑𝟒𝟒. 𝟑𝟕𝒄𝒂𝒍
Y repetimos para todas las especies
T(K)
298.15
ΔHTRx Al2O3
ΔHTRx CaO (cal) ΔHTRx Ag2O
ΔHTRx PbO
ΔHTRx ZnO
(cal)
(cal)
(cal)
(cal)
-267266.67
-303200.00
-14600.00
-104880.00
-167600.00
500
-267344.37
-301955.33
-14009.15
-104241.15
-167284.56
700
-267186.93
-299855.91
-12774.06
-103408.58
-166802.05
900
-267008.70
-296862.01
-11048.17
-102459.38
-166353.36
1100
-266867.14
-292832.64
-8873.58
-101415.70
-165993.36
1300
-266784.33
-287601.92
-6266.50
-100286.08
-165743.15
1500
-266770.60
-280995.67
-3234.48
-99074.49
-165612.56
Ana Fernanda Alejandres Dueñas
Tarea #2
Pirometalurgia
5. Graficamos el cambio de entalpia con respecto a la temperatura en Excel:
Cambio de ΔHR con respecto a T
0.00
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
-50000.00
ΔHR (cal)
-100000.00
Al2O3
-150000.00
CaO
-200000.00
Ag2O
PbO
-250000.00
ZnO
-300000.00
-350000.00
T(K)
Conclusión
Gracias a la gráfica podemos observar cómo se comportan las especies de los
metales a diferentes temperaturas y por ello nos damos cuenta que mientras
aumenta la temperatura la variación de entalpia tiende hacia lo positivo; esto nos
indica que la afinidad de los metales hacia el oxigeno disminuye con respecto al
aumento de la temperatura, por lo que podemos decir que entre más aumentemos
la temperatura nos será más fácil separar el oxigeno del metal en los óxidos.
Ana Fernanda Alejandres Dueñas
Tarea #2
Pirometalurgia
Referencias:
Dabby
S.
Rafael
(s.f.).
formacion_compress.pdf
Entalpía
de
formación[Archivo
pdf]
entalpia-de-