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Fundamento terico

Calores de reaccin

Todas las reacciones qumicas estn acompaadas ya sea por una absorcin

o una liberacin de energa, que en general se manifesta

como calor. La Termoqumica es la parte de la Termodinmica que estudia

los cambios de energa en las reacciones qumicas.

El calor de una reaccin qumica es el cambio de entalpa del sistema

cuando la reaccin ocurre a presin constante. En general, este calor de

reaccin depende no slo de la naturaleza qumica de cada producto y cada

reactivo, sino tambin de sus estados !sicos.

El calor estndar de reaccin, puede ser considerado como una propiedad

caracterstica de la reaccin, y a partir de la cual se puede calcular calores

de reaccin ba"o otras condiciones. #e defne el calor estndar de

reaccin como el cambio de entalpa resultante del proceso de la reaccin,

ba"o una presin de $ atm, comenzando y terminado con todos losmateriales a la temperatura de %&'(. )or e"emplo* #e coloca en un

calormetro, a presin constante, $ mol de tomos de +n -&,/ g0 con %12

g de una solucin acuosa $,1 m de 3(l es decir %,1 moles de 3(l0 a una

temperatura inicial de %&'(. 4urante el curso de la reaccin, el sistema

aumentar de temperatura, se desprender 5idrgeno gaseoso, y se

!ormar una solucin acuosa 1,& m de cloruro de zinc. (uando la reaccin

se 5a completado, la solucin resultante y el gas 5idrgeno pueden ser

en!riados a %&'( nuevamente. #i no 5a tenido lugar evaporacin de agua,

se determinar que del sistema deben e6traerse 7811 cal para restablecer

la temperatura de %&'(. La cantidad medida de calor desarrolladorepresenta el calor estndar de reaccin para esta reaccin en particular, a

presin constante atmos!rica0 para las concentraciones indicadas.

(uando se libera calor en una reaccin, se dice que la reaccin

es e6otrmica9 cuando se absorbe calor es una reaccin endotrmica.

:sando la nomenclatura convencional, la reaccin del e"emplo citado se

simboliza de la siguiente manera

+n s0 ; % 3(l m < $,10 = +n(l% m < 1,&0 ; 3% g0 $,1 atm0 $0

donde >3< ?7811 cal @mol9 y es el calor de reaccin o cambio de

entalpa0 a %&'( y $ atm.

#u signo negativo establece, por convencin, que la reaccin es e6otrmica.

Los calores de reaccin pueden determinarse por mediciones

calorimtricas, en los casos en que stas pueden realizarse en !orma rpida

y completa. Algunos calormetros operan isotrmicamente aadiendo o

e6trayendo calor del sistema para mantener la temperatura constante.

Btros actCan adiabticamente, usando un sistema aislante. El tipo ms

corriente consta de un recipiente aislado, con agua, dentro del cual se

produce la reaccin. El calor desarrollado o absorbido modifca la

temperatura del agua, la cual se mide. La cantidad de calor resulta igual alproducto de la capacidad calorfca total del calormetro por la variacin de

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temperatura, pero para mediciones apro6imadas, basta con tener en cuenta

slo la masa del agua y su calor especfcoque es igual a $ cal@ g '(,

despreciando el calor absorbido por el calormetro es decir, despreciando su

capacidad calorfca.

Los calores de reaccin tambin pueden calcularse a partir de datos de

calores de combustin o de !ormacin9 en este caso, el calor estndar dereaccin o cambio de entalpa0 es igual a la suma algebraica de los calores

estndar de !ormacin de los productos menos la suma algebraica de los

calores estndar de !ormacin de los reactivos9 esto es, multiplicados todos

estos calores de !ormacin por los respectivos coefcientes

estequiomtricos.

>3D reaccin < >3D! productos0 ? >3D! reactivos0 a %&' ( %0

El calor molar estndar de !ormacin de un compuesto >3D!0 representa el

calor de reaccin cuando se !orma un mol de compuesto a partir de los

elementos que lo integran en !orma de sustancias simples0, a la presin de

$ atm y siendo la temperatura al comienzo y fnal de la reaccin de %&'(.

Calor de neutralizacin.

La neutralizacin de soluciones acuosas diluidas de un cido por medio de

una solucin acuosa diluida de una base, es un tipo particular de reaccin

qumica9 es una reaccin de neutralizacin. La neutralizacin de una

solucin acuosa de 3(l con una solucin de FaB3 puede ser representada

por la siguiente ecuacin*

3(l ac0 ; FaB3 ac0

= Fa(l ac0 ; 3%B l0 0

El calor de reaccin >3D%&'( puede calcularse a partir de los respectivos

calores de

!ormacin >3D!, a saber*

>3D! FaB3 ac0 ?$$%,%- Gcal

>3D! 3(l ac0 ?71,1% Gcal

>3D! Fa(l ac0 ?82,1% Gcal

>3D! 3%B l0 -/,$2 Gcal

#egCn la ecuacin %0, el calor standard de reaccin para la ecuacin 0

ser*

>3D %&'( < H ?82,1%0 ; ?-/,$20 I ? H ?$$%,%-0 ; ?71,1%0 I < ?$,-/1

Gcal 70

El smbolo ac0 empleado a continuacin de la !rmula del soluto,

representa por convencin, que la solucin acuosa es lo sufcientemente

diluida como para que una dilucin adicional no produzca e!ectos trmicos9

en consecuencia, por e"emplo, el calor de la !ormacin del FaB3 ac0, >3D!

< ? $$%%- cal, ser igual a la suma algebraica del calor de !ormacin de un

mol de FaB3 en infnitos moles de agua9 esto es, el calor de la disolucin a

dilucin infnita.Los calores de neutralizacin pueden determinarse por mediciones

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calorimtricas directas, a partir de mediciones en serie e!ectuadas sobre

soluciones de concentraciones fnitas que progresivamente se van

diluyendo y e6trapolando a dilucin infnita. #e indican a continuacin,

algunos valores de calores de neutralizacin basados en tal procedimiento*

3(l ac0 ; LiB3 ac0

= Li (l ac0 ; 3%B >3D %&'( < ?$-/1 cal &0

3FB ac0 ; JB3 ac0 = JFB ac0 ; 3%B >3D%&'( < ? $-2& cal

-0

K 3%#B7 ac0 ; JB3 ac0 = K J%#B7 ac0 ; 3%B >3D %&'( < ? $-2

cal 20

Bbsrvese que el calor de neutralizacin de cidos !uertes con bases

!uertes en solucin diluda, es prcticamente constante cuando $ mol de

agua se !orma en la reaccin. La e6plicacin de este 5ec5o reside en que

tanto los cidos como las bases !uertes y sus sales derivadas estncompletamente disociadas en sus respectivos iones cuando se 5allan en

solucin acuosa sufcientemente diluda. 4esde este punto de vista, una

solucin diluda de 3(l consiste solamente en iones 3; y (l? en solucin

acuosa9 y similarmente, una solucin diluda de FaB3 consiste en iones

Fa; e B3? en solucin acuosa. 4espus de la neutralizacin, la solucin

restante contiene solamente iones Fa; y (l?. La reaccin 0 puede ser

interpretada como inica de la siguiente manera*

Fa; ac0 ; B3? ac0 ; 3; ac0 ; (l? ac0 = Fa; ac0 ; (l? ac0 ; 3%B

l0,

o sea cancelando los trminos comunes*

B3? ac0 ; 3; ac0 = 3%B l0 >3 %&'( < ?$-/1 cal /0