2. Energía es la capacidad para efectuar un trabajo
• Energía térmica es la energía asociada con el
movimiento aleatorio de átomos y moléculas.
• Energía química es la energía guardada dentro
de los enlaces de sustancias químicas.
• Energía nuclear es la energía guardada dentro
de la colección de neutrones y protones en el
átomo.
• Energía eléctrica es la energía asociada con el
flujo de electrones.
• Energía potencial es la energía disponible en
función de la posición de un objeto.
6.1
7. Ecuaciones termoquímicas
¿Es ∆H negativo o positivo?
Calor absorbido
por el sistema El sistema absorbe calor
Entalpía
de los alrededores
Endotérmico
∆H > 0
Cada fusión de 1 mol de hielo a 00C y 1 atm absorbe
6.01 kJ.
H2O (s) H2O (l) ∆H = 6.01 kJ
6.3
8. Ecuaciones termoquímicas
¿Es ∆H negativo o positivo?
Calor liberado
por el sistema El sistema emite calor
Entalpía
hacia los alrededores
Exotérmico
∆H < 0
La combustión de 1 mol de metano a 25°C y 1 atm
provoca una disminución en la entalpía del sistema
de 890.4 kJ.
CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) ∆H = -890.4 kJ
6.3
9. Ecuaciones termoquímicas
• Los coeficientes estequiométricos siempre se refieren al
número de moles de una sustancia
H2O (s) H2O (l) ∆H = 6.01 kJ
• Si invierte una reacción, el signo de ∆H cambia
H2O (l) H2O (s) ∆H = -6.01 kJ
• Si multiplica ambos lados de la ecuación por un factor n,
entonces ∆H debe cambiar por el mismo factor n.
2H2O (s) 2H2O (l) ∆H = 2 x 6.01 = 12.0 kJ
6.3
10. Ecuaciones termoquímicas
• Los estados físicos de todos los reactivos y productos se
deben especificar en las ecuaciones termoquímicas.
H2O (s) H2O (l) ∆H = 6.01 kJ
H2O (l) H2O (g) ∆H = 44.0 kJ
¿Cuánto calor se libera cuando 266 g de fósforo blanco
(P4) se queman en el aire?
P4 (s) + 5O2 (g) P4O10 (s) ∆H = -3013 kJ
1 mol P4 3013 kJ
266 g P4 x x = 6470 kJ
123.9 g P4 1 mol P4
6.3
11. El calor específico (s) de una sustancia es la cantidad de calor (q)
requerida para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de la
sustancia.
La capacidad calorífica (C) de una sustancia es la cantidad de calor (q)
requerida para elevar un grado Celsius la temperatura de una
determinada cantidad (m) de la sustancia.
C = ms
Calor (q) absorbido o liberado:
q = ms∆t
q = C∆t
∆t = tfinal - tinicial
6.4
12. ¿Cuánto calor se emite cuándo una barra de hierro de 869
g se enfría de 94°C a 5°C?
s de Fe = 0.444 J/g • 0C
∆t = tfinal – tinicial = 50C – 940C = -890C
q = ms∆t = 869 g x 0.444 J/g • 0C x –890C = -34,000 J
6.4
13. Calorimetría a volumen constante
Termómetro
Alambre de Agitador
ignición
Cubierta del
qsis = qagua + qbomba +qreacción
calorímetro
Chaqueta
qsis = 0
aislante
Agua
qreac = - (qagua + qbomba )
Entrada para qagua = ms∆t
el O2
Bomba qbomba = Cbomba∆t
Recipiente
para la muestra Reacción a V constante
∆H = qreacción
∆H ~ qreacción
¡Ningún calor entra o sale!
6.4
14. Calorimetría a presión constante
Constant-Pressure Calorimetry
Termómetro
Vasos de Agitador
poliestireno
qsys = qwater + qcal + qrxn
qsys = 0
Mezcla
qrxn = - (qwater + qcal)
de
reacción qwater = ms∆t
qcal = Ccal∆t
Reacción a P constante
∆H = qrxn
¡Ningún calor entra o sale!
6.4
16. ¿Por qué no hay manera de medir el valor absoluto de la
entalpía de una sustancia, debo medir el cambio de
entalpía para cada reacción de interés?
Establezca una escala arbitraria con la entalpía estándar de
formación (∆H0) como un punto de referencia para todas las
f
expresiones de entalpía.
La entalpía estándar de formación (∆H0) es el cambio de
f
calor que resulta cuando un mol de un compuesto se
forma de sus elementos a una presión de 1 atm.
La entalpía estándar de formación de cualquier elemento
en su forma más estable es cero.
∆H0f (O2) = 0 ∆H0f (C, grafito) = 0
∆H0f (O3) = 142 kJ/mol ∆H0f (C, diamante) = 1.90 kJ/mol
6.5
18. La entalpía estándar de reacción (∆H0 reacción es la entalpía
)
de una reacción llevada a cabo a 1 atm.
aA + bB cC + dD
∆Hrxn = [ c∆H0f (C) + d∆H0f (D) ] - [ a∆H0 (A) + b∆H0 (B) ]
0
f f
∆Hrxn = Σ n∆H0f (productos -) Σ m∆Hf0 (reactivos)
0
Ley de Hess: Cuando los reactivos se convierten en
productos, el cambio en entalpía es el mismo
independientemente si la reacción tiene lugar en un paso o
en una serie de pasos .
(La entalpía es una función de estado. No le importa cómo
llega allí, sólo dónde empieza y termina.)
6.5
19. Calcule la entalpía estándar de formación de CS2 (l)
teniendo que:
C(grafito) + O2 (g) CO2 (g) ∆H0 = -393.5 kJ
reacción
S(rómbico) + O2 (g) SO2 (g) ∆H0 = -296.1 kJ
reacción
CS2(l) + 3O2 (g) CO2 (g) + 2SO2 (g) ∆H0 = -1072 kJ
rxn
1. Escriba la reacción de la entalpía de formación para CS2
C(grafito) + 2S(rómbico) CS2 (l)
2. Agregue las reacciones para que el resultado sea la
reacción deseada.
C(grafito) + O2 (g) CO2 (g) ∆H0 rxn -393.5 kJ
=
2S(rómbico) + 2O2 (g) 2SO2 (g) ∆H0 = -296.1x2 kJ
reacción
+ CO2(g) + 2SO2 (g) CS2 (l) + 3O2 (g) ∆Hreacción
0
= +1072 kJ
C(grafito) + 2S(rómbico) CS2 (l)
6.5 ∆H0 = -393.5 + (2x-296.1) + 1072 = 86.3 kJ
reacción
20. El benceno (C6H6) se quema en el aire para producir
dióxido de carbono y líquido de agua. ¿Cuánto calor se
libera por mol de combustión de benceno? La entalpía
estándar de formación del benceno es 49.04 kJ/mol.
2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l)
∆H0 = Σ n∆H0f (productos) Σ m∆Hf0 (reactivos)
-
reacción
∆Hreacción[ 12∆Hf (CO2) + 6∆Hf (H2O)] - [ 2∆Hf (C6H6) ]
0
0 = 0 0
∆Hreacción[ 12x–393.5 + 6x–187.6 ] – [ 2x49.04 ] = -5946 kJ
0 =
-5946 kJ
= - 2973 kJ/mol C6H6
2 mol
6.5
21. La entalpía de disolución (∆ Hsolución) es el calor generado o
absorbido cuando cierta cantidad de soluto se diluye en cierta
cantidad de disolvente.
∆Hsolución = Hsolución - Hcomponentes
¿Qué sustancia(s) podría
usarse para la fundición del
hielo?
¿Qué sustancia(s) podría
usarse para un paquete frío?
6.6
22. El proceso de disolución para el NaCl
Iones Na+ y Cl- en estado gaseoso
C
al
or
de Paso 2
hi
dr
at
ac
ió
ar n
Paso 1 c ul
ti
re
ía
rg
Ene
Calor de
disolución
Iones Na+ y Cl-
en estado sólido
∆Hsolución = Paso 1 + Paso 2 = 788 – 784 = 4 kJ/mol Iones Na+ y Cl- hidratados
6.6
23. Termodinámica
Las funciones de estado son propiedades determinadas por el
estado del sistema, independientemente de cómo esa
condición se haya alcanzado .
energía, presión, volumen y temperatura
La energía potencial del excursionista
1 y excursionista 2 es la misma
aunque ellos tomaron caminos
diferentes. 6.7
24. Termodinámica
∆E = q + w
∆E es el cambio en la energía interna de un sistema
q es el intercambio de calor entre el sistema y los alrededores
w es el trabajo realizado sobre (o por) el sistema
w = -P∆V cuando un gas se expande contra una presión externa
constante
6.7
25. Entalpía y la primera ley de la termodinámica
∆E = q + w
A presión constante, q = ∆H y w = -P∆V
∆E = ∆H - P∆V
∆H = ∆E + P∆V
Aire+vapor de agua+
gas H2
Aire+vapor de agua
6.7
