Download - Termodinamica quimica
Bachillerato
Termodinámica química
Autor: Alberto Fernández
Termodinámica
Ciencia que estudia las variaciones de energía térmica que acompañan
a los procesos físicos y químicos. Libro de Bachillerato
Es una rama de la ciencia que estudia el calor y la temperatura y su
relación con la energía y el trabajo.Wikipedia
Rama de la física encargada del
estudio de la interacción entre el
calor y otras manifestaciones de
la energía. RAE
¿Cuál es la diferencia entre
temperatura y calor?
termómetros emisión en infrarrojo
Termodinámica química
La humanidad ha utilizado desde antiguo las reacciones químicas para producir energía.
Termodinámica química: Es la parte de la Química que estudia las transferencias de calor asociadas a las reacciones químicas.
Sistemas termodinámicos
Sistema termodinámico es aquella parte del universo que
separamos del resto mediante límites definidos, reales o
ficticios, objeto de nuestro estudio.
Entorno es el resto del universo.
tipos de sistemas
Función de estado
La descripción del estado de un sistema se realiza mediante los valores de determinadas propiedades macroscópicas denominadas variables termodinámicas, tales como p, V, T, m...
1. Variable o función de estado es aquella magnitud cuyo valor depende sólo
del estado en que se encuentre el sistema y no de cómo ha evolucionado para
llegar a él. Como la presión, el volumen o la temperatura.
2. No es función de estado aquella magnitud cuyo valor depende de cómo
evoluciona el sistema para llegar a él. Como el calor o el trabajo.
La altura es función de estado , en cambio el
camino recorrido no es función de estado.
Proceso reversible e irreversible
Un proceso reversible es aquel que puede llevarse desde su estado final al inicial con las mismas condiciones iniciales tanto del sistema como del entorno.
un proceso reversible estáconstituido por infinitos estados intermedios.
En la naturaleza todos los procesos son irreversibles.
Procesos singulares
Procesos singulares Magnitud
Proceso isotérmico T=cte
Proceso isocórico V=cte
Proceso isobárico p=cte
Proceso adiabático Q=0
Calor y trabajo
Calor y trabajo son 2 formas de transferencia de energía entre un sistema y su entorno.
Calor es la transferencia de energía debida a una diferencia de temperatura o al cambio de estado físico de un sistema.
Trabajo es la transferencia de energía entre el sistema y su
entorno que provoca un desplazamiento. A presión constante:
Energía interna
Energía interna de un sistema es una función de estado que
se define como la suma de las energías (cinética y potencial) de
todas las partículas (átomos) que lo constituyen.
Medimos su variación, ΔU.
Primer principio de la termodinámica
ΔU=Q+W
La variación de la energía interna de un sistema
termodinámico es igual a la suma del calor y del trabajo
intercambiados por el sistema con su entorno.
Primer principio en procesos singulares
Proceso Característica ΔU
Isotérmico T = constante ΔU = 0 Q = -W
Isocórico V = cte W = 0 ΔU = Qv
Isobárico p = cte W = - p(Vf -Vi) ΔU = Qp - p(Vf -Vi)
Adiabático Q = 0 ΔU = W
ΔU=Q+W
Entalpía
H=U+pV
En un proceso isobárico el primer principio de la
termodinámica se transforma y nos da una nueva magnitud, la
entalpía.
La variación de la entalpía por tanto, es el calor absorbido o
cedido por el sistema en un proceso isobárico.
La mayor parte de los procesos (reacciones químicas)
ocurren a presión constante (la atmosférica).
[H]=J
ΔH=Qp
Ecuación termoquímica
La ecuación termoquímica es una ecuación química que
indica, además, el calor que interviene en el proceso.
Proceso exotérmico: El sistema cede calor al entorno.
Proceso endotérmico: El sistema absorbe calor de su entorno.
ΔH<0
ΔH>0
Ejemplos de ecuaciones termoquímicas
Proceso exotérmico:
El sistema cede calor al entorno.
Proceso endotérmico:
El sistema absorbe calor de su entorno.
Determinación experimental de ΔH
Se lleva a cabo la reacción a estudiar dentro del calorímetro.
Medimos el calor a presión constante producido o absorbido
por la reacción, mediante la diferencia de temperaturas.
Calorímetro
Ley de Hess
La ley de Hess se basa en el carácter de función de estado de la entalpía.
Nos da una herramienta algebraica para buscar entalpías de
reacciones mediante otras ya conocidas.
Entalpía de formación estándar
C(s)+O2(g) → CO2(g) ΔHf0=-394 kJ/mol
Es la variación de entalpía del proceso en el que se forma 1 mol de ese compuesto a partir de las sustancias simples que lo componen en condiciones estándar.→ (T=25ºC; P=0,987 atm ≈ 1 atm)
C2H5OH(l)+3 O2(g) → 2 CO2(g)+3 H2O(l) ΔHf0=-1367 kJ
ΔHreacción=ΣHproductos-ΣHreactivos
Entalpía de enlace
Es la energía promedio requerida para romper 1 mol de enlaces.
Consideramos sólo compuestos en fase gaseosa, ya que el resto de estados intervienen otras fuerzas.
ΔHreacción=ΣHenlaces rotos-ΣHenlaces nuevos
EJEMPLO
Buena aproximación con respecto al valor real ΔHf0(H2O(g))=−242 kJ/mol
La espontaneidad de las reacciones químicas
A finales del S. XIX se creía que sólo las reacciones químicas exotérmicas podrían ocurrir espontáneamente.
Proceso físico espontáneo
T=25 ºC
T=0 ºC
Se descubrieron reacciones químicas endotérmicas que
ocurren espontáneamente La espontaneidad no depende
sólo de ΔH ¿De qué más depende?
Entropía
La espontaneidad de una reacción depende también de la variación de la entropía.
La entropía es una función de estado que mide el grado de
desorden de un sistema.
Entropía
Variación de entropía de un proceso
ΔSreacción=ΣSproductos-ΣSreactivos
EJEMPLO
Una simple inspección visual de la reacción nos hace ver que la variación de la entropía va a resultar negativa, ya que el número de
partículas disminuye (4 2 moles).
Energía libre de Gibbs
La energía libre de Gibbs nos va a dar el criterio de
espontaneidad. A presión y temperatura constante viene dada por:
La energía libre de Gibbs es consecuencia del segundo principio
de la termodinámcia.
ΔG=ΔH – T ΔS
ΔSuniverso > 0 con el tiempo2º Principio de la Termodinámica
ΔSuniverso = ΔSsistema + ΔSentorno
ΔG < 0 Proceso ESPONTÁNEO
Criterio de espontaneidad e influencia de la temperatura
Reacción química
espontánea
ΔG=ΔH – T ΔS
T baja
T alta
ΔS=−544 J/KT ΔG = 0 = 2714 ºC
T fusión = 1538 ºC