Qumica 3 Medio Profesora Cristina Daz M. Prof. en prctica Carla Tapia Contador GUA DE ESTUDIO: ENTALPA

Objetivos de aprendizaje:Conocer qu es la Entalpa.Conocer qu es la entalpa de formacin estndar.Analizar diagramas entlpicos.Calcular la entalpa de reaccin a partir de valores de entalpa de formacin estndar.Nombre: Curso: Fecha: ..

Entalpia (H)La mayor parte de los procesos en donde hay transferencia de calor ocurre en sistemas abiertos, los cuales al ser abiertos, estn en contacto con la atmsfera, la cual mantiene su presin constante (1 atmsfera) As, al flujo de calor a presin constante se le denomina variacin o cambio de entalpia (H). Ejemplos de sistemas abiertos pueden ser nuestro cuerpo, animales, un cubo de hielo, un laboratorio, etc.

La entalpa nos indica los cambios trmicos relacionados con los procesos qumicos o cambios en los estados de agregacin. Toda reaccinqumica o cambio de estado sufre intercambios de calor, es decir cambio de entalpa.Cuando hablamos de estados de agregacin nos referimos a los estados de la materia que tienen las sustancias a cierta temperatura y presin, los estado de agregacin de la materia son slido, lquido y gaseoso.La entalpa como propiedad de estado y propiedad extensiva

El cambio de entalpa es una propiedad de estado, pues su valor depende de su estado inicial y final. A la entalpa como propiedad de estado la podemos definir como H= Hf Hi donde Hf: entalpa final y Hi: entalpa inicial.La entalpa es tambin una propiedad extensiva, las propiedades extensivas son las que dependen de la cantidad de sustancia. Por ejemplo si en la reaccin de evaporacin de 1 mol de agua el cambio de entalpa es H= +44 kJ, el valor de la variacin de entalpa para la evaporacin de 5 moles de agua ser: 5 x 44 kJ =220 Kj (el valor de la entalpa para un mol de agua se multiplic por los 5 mol de agua disponibles y as se modific el valor del cambio de entalpa, es por esto que la entalpa es propiedad extensiva, su valor depende de la cantidad de sustancia).Termoqumica: Procesos endotrmicos y exotrmicosLa termoqumica es un rea de la termodinmica que estudia los cambios trmicos (cambios de calor) relacionados con procesos qumicos y cambios en el estado de agregacin. Los estados de agregacin de la materia son slido, lquido y gaseoso.

La manera tradicional de representar un proceso termoqumico es mediante una ecuacin termoqumica balanceada, que indica el estado de agregacin de las sustancias participantes y su correspondiente variacin de entalpia. As, por ejemplo, la evaporacin del agua se puede expresar de la siguiente manera:

La ecuacin incluye la variacin de entalpia de 1 mol de agua a 25 oC la presin de 1 atm. .Que significa que Ho sea igual a +44,0 kJ? El signo positivo y valor de la entalpa indica que es una reaccin que absorbe energa del entorno para llevarse a cabo, por lo tanto es una reaccin endotrmica. En las reacciones endotrmicas donde se absorbe calor, el valor del cambio de entalpa ser positivo, por lo tanto, mayor que cero H > 0.

Las reacciones o procesos endotrmicos las podemos representar mediante diagramas entalpicos:

El diagrama de entalpa nos muestra cmo al principio la energa trmica (calor) del sistema abierto (el agua) es baja y que luego se fue aumentando la energa, debido a que se absorbi calor del entorno y as el agua pas a su estado gaseoso.El proceso contrario a la reaccin de evaporacin del agua es la condensacin, la cual se puede representar con la siguiente ecuacin termoqumica:

El valor del cambio de entalpa con signo negativo para la reaccin de condensacin del agua significa que es una reaccin exotrmica, es decir, libera energa en forma de calor al entorno. Las reacciones o procesos exotrmicos tienen un cambio o variacin de entalpa negativo, es decir, menor que cero y se representa as: H < 0La reaccin exotrmica de condensacin del agua se representa mediante el siguiente diagrama entlpico:

Segn el diagrama, la energa del sistema (agua) en un comienzo era alta, luego esa energa disminuy, debido a que se liber energa trmica al entorno, siendo este un proceso exotrmico.Con esto queda demostrado que una reaccin qumica puede ocurrir de forma inversa o en direccin contraria, teniendo el mismo valor de la variacin entalpa para la reaccin directa e inversa pero con signo contrario. Una ley que expresa lo dicho es la Ley de Lavoisier- Laplace.

Ley de Lavoisier y Laplace: "Cuando un proceso ocurre en una determinada direccin, y bajo ciertas condiciones, es posible que se produzca el proceso contrario. La variacin de entalpa para el proceso inverso es la misma, pero de signo contrario" (cumple con la ley de conservacin de energa).

A B H >0 (positivo) B A H < 0 (negativo)

Entalpa de formacin estndar.

La variacin o cambio de entalpa de formacin de una sustancia es el calor necesario para que ocurra una reaccin de formacin de 1 mol de sustancia, a partir de sus elementos en sus estados estndar.la entalpa de formacin estndar se representa como Hf. Los elementos que en condiciones estndar se encuentran puros (sin mezclar con otros) poseen una entalpa de formacin estndar igual a cero (Hf= 0).

Condiciones estndar: Cuando hablamos de condiciones estndar, nos referimos a procesos o reacciones que ocurren a una temperatura de 25 C y a una presin de 1 atm (atmsfera). As, en condiciones estndar, el oxgeno es gaseoso O2 (g), el aluminio slido Al(s) y el metanol lquido CH3OH (l), por ejemplo.

Cuando una sustancia se presenta en la naturaleza en ms de una forma alotrpica, se escoge la forma ms estable de la sustancia para representarla en una ecuacin qumica. El carbono se presenta en ms de una forma en la naturaleza, como grafito y diamante, y su forma ms estable es el grafito C (graf, s).Algunas reacciones qumicas de formacin son:

Como podemos ver en las ecuaciones termoqumicas, cada producto se forma a partir de sus elementos en su estado de agregacin. La unidad de medida para el cambio de entalpa de formacin estndar es kilojoules por mol y se representa as: .Clculo de la entalpa de reaccin (calor de reaccin) a partir de valores de entalpa de formacin estndar de diferentes sustanciasSe puede calcular el cambio de entalpa de una reaccin usando valores de las entalpas de formacin de diferentes sustancias y reemplazandolos en la siguiente frmula qumica:

Donde : Es la suma de las entalpas de formacin de los productos y de los reactantes. n y m: Son los coeficientes estequiomtricos de los productos y reactantes.Por lo tanto, cada coeficiente estequiomtrico ir multiplicado por la entalpa de formacin estndar de cada sustancia.

Ejercicio resuelto:

Calcular el cambio de entalpa para la siguiente reaccin qumica

N2H4(g) + 2H2O(g) N2(g) + 4H2O (g)

Reactantes Productos Paso 1: Verificar que haya igual cantidad de elementos tanto en los reactantes como los productos. PASO 2: Reemplazar los valores de entalpa de formacin estndar (de la tabla de atrs) y los coeficientes estequiomtricos en la frmula para calcular la entalpa de la reaccin qumica:

H= [ (4 -241,6) ] [ (+ 95,35) + ( 2 ] kJ/mol

H= -966,4 [ ( +95,35) + ( ] kJ/mol

H= -966,4 [ (+ 95,35 + ] kJ/mol

H= -966,4 (-387,85) kJ/mol H= (-966,4 + 387,85) kJ/mol H= -587,55 kJ/mol Es una reaccin exotrmica (signo -) H < 0

Diagramas entlpicosUn diagrama de entalpa es un grfico que permite mostrar de un modo visual la variacin de entalpa de una reaccin qumica. Si tenemos la reaccin:Reactantes productosEl cambio o variacin de entalpa ser H= H productos H reactantesEn un diagrama entlpico o de entalpia lo que se hace es representar reactantes y productos, siendo la diferencia entre ellos el valor de entalpa de la reaccin. Si la reaccin es endotrmica, es decir, absorbe calor, el diagrama de entalpa tendr la forma siguiente

Ntese cmo en un principio de la reaccin la entalpa era baja y al progresar la reaccin y formarse producto, la entalpa aument, esto se debe a que en la reaccin qumica se absorbi energa.Si la reaccin es exotrmica, es decir, desprende o libera calor, el diagrama de entalpa tendr la forma siguiente:

Anlisis de diagramas entlpicos a presin constante:

En este diagrama de entalpa, tenemos en el eje Y a la energa trmica a presin constante que es lo mismo que calor a presin constante (entalpa) y en el eje X el progreso de la reaccin, es decir, desde reactivos hasta la formacin de productos. Se observa cmo en un comienzo la energa trmica de los reactivos era baja, luego al ir progresando la reaccin qumica, la energa fue aumentando (curva roja) y finalmente, cuando se forman los productos, la energa trmica (calor) final fue mayor que la inicial, es decir, el sistema absorbi energa en forma de calor, por lo tanto este diagrama o grfico de entalpa representa una REACCIN ENDOTRMICA y su cambio de entalpa ser mayor que cero teniendo signo positivo H > 0

Se observa cmo en un comienzo la energa trmica de los reactivos era baja, luego al ir progresando la reaccin qumica, la energa fue aumentando (curva celeste) y finalmente, cuando se forman los productos, la energa trmica (calor) final fue menor que la inicial, ntese cmo la lnea celeste de la energa de los productos est ms abajo que la de los reactivos, es decir, el sistema liber energa en forma de calor, por lo tanto este diagrama o grfico de entalpa representa una REACCIN EXOTRMICA y su cambio de entalpa ser menor que cero teniendo signo negativo H < 0

TABLA DE ENTALPAS DE FORMACIN ESTNDAR(t= 25 C y p= 1 atm)

Ejercicios Entalpa de reaccinI. Las reacciones qumicas que se dan a presin constante pueden liberan o absorben calor entre ellas y el entorno, el cual se conoce como cambio de entalpa. Calcula la entalpa de reaccin de las siguientes ecuaciones termoqumicas:NOTA: HAZ USO DE LA TABLA DE ENTALPA DE FORMACIN ESTNDAR.RECUERDA QUE LOS ELEMENTOS EN SU ESTADO DE AGREGACIN TIENEN UNA ENTALPA DE FORMACIN IGUAL A CERO.

1.- Calcular la entalpia de formacin para la siguiente reaccin:CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O (g)

2.- Calcular la entalpia de formacin para la siguiente reaccin:2 CO (g) + O2(g) 2 CO2(g) Respuesta: H= - 220,8 kJ/mol

3.- Calcular la entalpia de formacin para la siguiente reaccin:PCl5 (g)PCl3(g) + Cl2(g) Respuesta: H= + 92,5 Kj/mol

4.- Calcular la entalpia de formacin para la siguiente reaccin:CH3CH2OH(l) + 3 O2 (g) 2CO2 (g) + 3H2O (l) Respuesta : H= -1365,8 Kj/mol