Este documento trata sobre temas relacionados con la energía en las reacciones químicas, incluyendo la ley de Hess, factores que afectan la velocidad de reacción, y reacciones químicas de interés como la combustión. También discute cómo las reacciones químicas afectan el medio ambiente y la importancia del desarrollo sostenible, especialmente en relación con el uso de combustibles fósiles.

1. 17 de abril de 2012
Irina Bendetska
Cristian Cabello
Jaime Soler
Ies Miraya del Mar, Torre del Mar.

2. • La energía en las reacciones químicas
Puntos • Calor y entalpía de reacción
1, 2 y 3 • Ley de Hess y sus aplicaciones
• Velocidad de una
Puntos reacción química
4y5 • Factores que influyen en
la velocidad de reacción
• Algunas reacciones químicas
de interés
Puntos • Reacciones químicas y medio
6, 7 y 8 ambiente
• Desarrollo y sostenibilidad

3. La energía en las reacciones químicas
Definición de energía. Capacidad que tiene un cuerpo para
realizar un trabajo o transferir calor.
En este tema, vamos a tratar la energía química, asociada a
las uniones entre átomos o moléculas de las sustancias.
En muchos casos, podemos ver que la utilidad de las
reacciones se encuentra en la energía y no en los cambios.
Podemos ver algunos ejemplos en las reacciones de
combustión. C4 H 10+ 13/2 O2 ———> 4 CO2 + 5 H2O

4. Tipos de sistemas y reacciones
Tomamos como sistema la porción del universo que contiene las sustancias que
participan en una reacción.
El medio es lo demás que puede reaccionar con él.
- En sistemas abierto o cerrados, se intercambia calor con el entorno.
- Pero en sistemas aislados, absorber o desprender energía produce cambios
en todo el sistema.
Cuando en la reacción se puede intercambiar calor, dependiendo de si se
absorbe o se desprende hablamos de una reacción exotérmica o endotérmica.
- Una reacción exotérmica es aquella que libera energía.
- Una reacción endotérmica es aquella que absorbe energía.

5. Calor y entalpía de reacción
El calor de reacción, Q se define como la energía Diagramas entálpicos
intercambiada por un sistema cuando los productos de una
reacción se llevan a la misma temperatura de los reactivos.
Debido a que las reacciones suelen darse a presión constante
usamos una magnitud llamada entalpía, H, cuya variación
coincide con el calor de reacción a presión constante.
• Cuando la entalpía de los
productos es mayor que
• La entalpía es una magnitud extensiva, lo que significa que su valor depende la de los
de la cantidad de materia que reaccione. reactivos, ΔH>0, la
• Es una función de estado. Por lo que la variación solo depende de los reacción es endotérmica.
estados inicial y final. • Cuando es menor la de
• Es imposible medir el valor absoluto de entalpía, H, solo podemos medir su los productos a la de los
variación, ΔH. reactivos, ΔH<0, la
reacción es exotérmica.
• La reacción 2N2 (g) + O2 (g) + 39 Kcal  2N2O(g) es
endotérmica porque absorbe energía.
• Sin embargo la reacción CH4(g)+ 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(g) +
213 Kcal.

6. Estados y entalpías estándar y ecuaciones
termoquímicas
• Debido a que la entalpía varía según el estado de los reactivos y los productos, se
definen unos estados estándar.
• Son: 1 bar de presión, estado de agregación con mayor estabilidad a presión
Estados estándar y tª, 1molar(1M). La tº suele ser 25ºC.
estándar
• Cuando no especificamos nada más, la reacción se da en condiciones estándar.
• Para referirnos a esto, usamos un superíndice (º) de forma que ΔHºr (500K) significa
Entalpía entalpía estándar de reacción a 500K.
estándar
• Una ecuación termoquímica es una ecuación química ajustada en la que se indica a
su derecha las magnitudes termodinámicas correspondientes, casi siempre la
entalpía.
• Si se invierte una ecuación termoquímica, el valor de la entalpía cambia de signo
Ecuaciones pero conserva su valor numérico
termoquímicas • Ej: CH4(g) + 2 O2(g)  CO2(g) + 2 H2O(l); DH0 = –890 kJ
CO2(g) + 2 H2O(l)  CH4(g) + 2 O2(g); DH0 = +890 kJ

7. Ley de Hess y sus aplicaciones
Las características de la
entalpía permiten utilizar un
ciclo termodinámico llamado
ley de Hess.
Al ser la entalpía de reacción una
función de estado, cualquier
reacción se puede descomponer
como suma de otras.
Si observamos las ecuaciones
AB, BC y AC, veremos
que la ecuación AB se
obtiene restando AC – BC

8. Ejercicio de aplicación
• La reacción de síntesis del acetileno, C2H2, es : 2 C(grafito) + H2(g) = C2H2(g) Calcula su
variación de entalpía a partir de las siguientes ecuaciones:
a) C(grafito) + O2(g)  CO2(g) ΔHa= -393,5 kJ
b) H2(g) + ½ O2(g)  H2O(l) ΔHb=-285,8 kJ
c) 2 C2H2(g) + 5 O2(g)  4 CO2(g) + 2 H2O(l) ΔHc=-2598,8 kJ
• Solución: Necesitamos obtener una ecuación que contenga sólo C y H2 en el
primer miembro y C2H2 en el segundo, por lo que es preciso eliminar O2, CO2 y
H2O. Dicha ecuación puede obtenerse a partir de: 2·a + b - 1/2·c
Llevamos a cabo las operaciones indicadas y sumamos las ecuaciones intermedias
y sus entalpías:
2 C(grafito)+ 2 O2(g)  2 CO2(g)
H2(g) +½O2(g)  H2O(l)
2 CO2(g) + H2O(l)  C2H2(g) + 5/2 O2(g)
Queda por tanto:
2 C(grafito)+ H2(g)  C2H2(g)
• La variación de entalpía de la reacción es
ΔH = 2·ΔHa + ΔHb - 1/2·ΔHc = 226,6 kJ

9. Velocidad de una reacción química
La velocidad de reacción es la
variación de la concentración
de un determinado reactivo o Y se expresa en mol·L-1·s-1
producto en la unidad de
tiempo.
Observando la grafica tendriamos la ecuacion que aparece a
la derecha.
La letra A representa los reactivos y B, los productos. Estos
dos son inversamente proporcionales, es decir, con el paso
de tiempo A va disminuyendo mientras que la B va
aumentando. Eso quiere decir que los reactivos, al pasar
cierto tiempo se van convirtiendo en productos.

10. Teoría de las colisiones
La teoría de colisiones se basa en
la teoría cinético-molecular de los
gases que permite calcular la
frecuencia de colisiones por
minuto.
Esta teoría afirma que para que
haya reacción química el choque
entre moléculas ha de ser eficaz, lo
que sucede cuando:
Las moléculas disponen de una energía El choque ha de tener una orientación
cinética suficiente para romper los enlaces. Se adecuada. Si no, aunque las moléculas tengan
denomina energía de activación. suficiente energía, no tendrá lugar la reacción

11. Teoría del estado de transición
Esta teoría estudia como va cambiando la energía del sistema. Para ello, postula la existencia de una especie
química que existe en un estado intermedio en el camino de reactivos a productos.
El estado intermedio se denomina estado de transición, y la
especie intermedia, complejo activo.
El complejo activado, en equilibrio con los reactivos, es la especie
mas energética y inestable. Por eso, se descompone originando
los productos.
Para llegar al complejo activado, tanto desde reactivos como
desde productos, hace falta absorber una energía, energía de
activación.
La energía de activación del proceso directo es la diferencia de
energía entre el complejo activado y los reactivos.
La energía de activación del proceso inverso es la diferencia energética entre el complejo activado y los productos.

12. Factores que influyen en la velocidad de reacción
Las reacciones que
Naturaleza de los reactivos
no implican un
reajuste de enlaces
suelen ser muy
rápidas en casi todas
las reacciones entre
iones. Sin
embargo, especies
con enlace covalente
muy intenso, suelen
ser lentas y
necesitan ser
activadas.

13. Factores que influyen en la velocidad de reacción
La velocidad de una
EFECTO DE LA reacción aumenta con la
TEMPERATURA concentración de las
especies reaccionantes.
Las reacciones entre gases son las mas
rápidas. Si en una reacción interviene un
CONCENTRACION Y
solido, cuanto mas pulverizado se
ESTADO FISICO DE
encuentre, mayor será su superficie de
LOS REACTIVOS
contacto y, por tanto, transcurrirá mas
rápidamente.

14. Presencia de catalizadores e inhibidores
Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin consumirse
en ella.
Los inhibidores son sustancias que ralentizan la velocidad de reacción pero su mecanismo de
activación es diferente a los catalizadores.
• Porque se recuperan al final de proceso.
• No alteran las variables termodinámicas.
• Reduce la energía de forma directamente
proporcional.
• Son muy específicos.
• Tiene un margen muy estrecho.

15. Algunas reacciones químicas de interés
·Definición de combustión: Una
combustión es un proceso químico en el
que una sustancia, denominada
combustible, reacciona con oxígeno (el
.
comburente), produciéndose, además de
diversos productos, un rápido
desprendimiento de energía en forma de
luz y calor.
La combustión de todo hidrocarburo
origina CO2 y H2
Cuando hay escasez de oxigeno se
origina CO tóxico.

16. Reacciones en los seres vivos

17. Reacciones químicas y medio ambiente
El CO2 junto con el agua y otros gases es el
responsable del efecto invernadero y sin ellos la Tierra
seria un planeta helado.
La radiación es absorbida y asi es como se calienta la
Tierra, esta radiación es retenida por los gases de la
atmosfera evitando su perdida, este es el conocido
efecto invernadero, a mas CO2 producido mas
potente se hará el efecto invernadero, y llegara al
proceso de efecto invernadero anómalo.

18. Efecto invernadero

19. Problemas medioambientales
Cuando los valores del PH del agua de
La mayor parte de la radicación UV la la lluvia (algo acida) hablamos de lluvia
absorben el O2 y el N2, pero hay una acida, debido a la presencia de NO2 y
parte que solo es absorbida por el SO2 que realizan unas reacciones que lo
ozono(O3) que se encuentra en la transforman en acido nítrico y acido
estratosfera, la radiación que llega a sulfúrico, esto produce graves daños
nuestra superficie es casi nula. medioambientales.
La emisión de los CFC (compuestos Esto es producido por dos
fluoruro carbonados), o el oxido factores, el natural, responsable
nítrico, es peligrosa ya que
descomponen el ozono, eliminando de originar SO2 en las erupciones
nuestro escudo protector, es volcánicas, y la industrial-
conocido como el agujero de la capa social, usando el carbón o
de ozono. combustibles fósiles.

20. Desarrollo sostenible

21. Repercusiones asociadas al uso de combustibles
fósiles
Podemos destacar dos aspectos:
Los socioeconómicos y los medioambientales.
Medioambientales → Usar combustibles fósiles constituye la
principal fuente de contaminación atmosfera, esto esa causando
el famosísimo cambio climático
Socioeconómicos → La excesiva dependencia de Europa, de los
combustibles fósiles condiciona seriamente el desarrollo de
nuestra sociedad, el agotamiento de estos combustibles para
mediados de este siglo supondría la parálisis del planeta.

22. Sostenibilidad energética
-Las energías
renovables → el uso
de energías
renovables tienen
escasa incidencia
Según la sobre el medio
UE el peso ambiente y tienen
de las una buena
energías adaptación social.
renovables
debería
aumentar
considerab
Transporte sostenible → el
lemente transporte por carretera supone
mas del 40% de la energía
primaria, de aquí a que se
trabaje ahora todo lo posible
con biocombustibles o con el
uso de vehículos
ecológicos, eléctricos, de
propulsión hibrida o
alimentados por gas natural, por
gas licuado o por hidrogeno.