Química: Química: Ciència que estudiaCiència que estudiala matèriala matèria i les seues transformacionsi les seues transformacions

Química: Química: Ciència que estudiaCiència que estudiala matèriala matèria i les seues transformacionsi les seues transformacions

Tema 1Enllaç químic

Com expliquem les propietats de les molècules?Com podem descriure un metall?

Química: Química: Ciència que estudiaCiència que estudiala matèriala matèria i les seuesi les seues transformacions transformacions

Temes 2-11Tema 1Enllaç químic

Com expliquem les propietats de les molècules?Com podem descriure un metall?

Reaccionsquímiques

Desprén calor?Quina quantitat?

Per què es produeix?En quina direcció?

Tema 2Termoquímica

Tema 3Espontaneïtat

Tema 4Equilibri

Quan s’arriba?Com es modifica?

Tema 10Cinètica

Quina velocitat té?De què depén?

Tema 11Mecanismes

Té diverses etapes?Com l’accelerem?

Tipus

Tema 5Eq. de fases

Tema 8Eq. solubilitat

Tema 7Eq. àcid-base

Tema 9Eq. redox

Tema 6Dissolucions

Tema 2Tema 2

TermoquímicaTermoquímica

¿Què ens interessa d’una reacció química?¿Què ens interessa d’una reacció química?

CONTINGUTCONTINGUT

1.- Conceptes bàsics. Sistemes, variables i processos.

2.- Energia, calor i treball. 1r Principi de la Termodinàmica.

3.- Entalpia.

4.- Calor de reacció. Llei de Hess.

5.- Entalpies estàndard de formació.

CONTINGUTCONTINGUT

1.- Conceptes bàsics. Sistemes, variables i processos.

2.- Energia, calor i treball. 1r Principi de la Termodinàmica.

3.- Entalpia.

4.- Calor de reacció. Llei de Hess.

5.- Entalpies estàndard de formació.

Fonaments deTermodinàmica

Termodinàmica: Part de la Física que estudia la calor, el treball, l’energiai els canvis que ells produeixen en els estats dels sistemes.

CONTINGUTCONTINGUT

1.- Conceptes bàsics. Sistemes, variables i processos.

2.- Energia, calor i treball. 1r Principi de la Termodinàmica.

3.- Entalpia.

4.- Calor de reacció. Llei de Hess.

5.- Entalpies estàndard de formació.

Termoquímica: Part de la Química que estudia la calor cedidao absorbida en les reaccions químiques.

Aplicació areacc. químiques:

Termoquímica

CONCEPTES BÀSICS.CONCEPTES BÀSICS.SISTEMES, VARIABLES I PROCESSOS.SISTEMES, VARIABLES I PROCESSOS.11

Sistema: Part de l’univers que és objecte d’estudi.Entorn, voltants, medi ambient: Resta del univers.

Obert Tancat Aïllat

Tipus de sistemes

Potintercanviar

MatèriaEnergia

Matèria MatèriaEnergia

Els sistemes es presenten de diferents formes ESTATS

caracterizats per VARIABLES termodinàmiques

(p.ex: T, P, V, m, , composició química, ...)

Intensives Extensives

Tipus de variables

• No depenen de la quantitat de matèria del sistema• Ex: T, P, • No són aditives

• Depenen de la quantitat de matèria del sistema• Ex: m, V• Són aditives

Funcions d’estatFuncions d’estat

1) Quan assignem valors a unes quantes, els valors de laresta queden automàticament fixats.

2) Quan canvia l’estat d’un sistema, els canvis d’eixesfuncions només depenen dels estats inicial i final delsistema, no de com es produeix el canvi.

X = Xfinal –Xinicial

Ecuacions d’estat: Relacionen funcions d’estat(ex: PV = nRT)

Quan alguna de les variables d’estat canvia amb el temps

PROCÉS termodinàmic

Tipus deprocessos

• Isoterm (T constant)• Isòbar (P constant)• Isocor (V constant)• Adiabàtic (Q = 0)• Cíclic (estat final = estat inicial)

•Reversible (sistema sempre infinitesimalment pròxim a l’equilibri; un canvi infinitesimal en les condicions pot invertir el procés)• Irreversible (Un canvi infinitesimal en les condicions no produeix un canvi de sentit en la transformació).

ENERGIA, CALOR I TREBALL.ENERGIA, CALOR I TREBALL.1r PRINCIPI DE LA TERMODINÀMICA.1r PRINCIPI DE LA TERMODINÀMICA.22

Energia: Capacitat que posseeix un sistema per a realitzar un treball o per a subministrar calor.

Criteri de signesCriteri de signes

SISTEMA

Q > 0

W > 0 W < 0

Q < 0

TREBALLTREBALL

rdFd

W Unitat S.I.: Joule

Treball d’expansió/compressió dels gasos

Pint Pext

dV

VPW ext dd [Levine, pg 42]

2

1

VV ext VPW d

Casos particulars

VP)VV(PVPVPW ext12extVVext

VV ext

2

1

2

1 dd

1) Expansió davant d’una Pext constant

2) Expansió en el buit

Pext = 0 W = 0 [Segal, pg 590]

No és una propietat característica del sistema.No ho posseeix el sistema.És una forma d’intercanvi d’energia, una “energia en trànsit”

El treball no és funció d’estat

Casos particulars

1

212

V

V

VV

VV

VV intrev

V

VlnnRT)VlnVlnnRT(VlnnRT

V

V-nRTV

V

nRTVPW

2

1

2

1

2

1

2

1

d

dd

3) Expansió reversible isoterma d’un gas ideal

PV = nRT T = constant

CALORCALOR

Un sistema cedeix E en forma de Q si es transfereix com a resultatd’una diferència de T entre el sistema i el medi ambient.

Unitat S.I.: Joule 1 cal = 4.184 J

No és una propietat característica del sistema.No la posseeix el sistema.És una forma d’intercanvi d’energia, una “energia en trànsit”

La calor no és funció d’estat

ENERGIA INTERNAENERGIA INTERNA

Energia interna (U)(Suma d’energies a nivell molecular)

• Funció d’estat• Magnitud extensiva

U = Q + W1r Principi de laTermodinàmica

Epot Ecin ?

Com podem augmentar Ud’un sistema tancat?

1) Escalfant-lo calor2) Realizant un treball

U = Q + W

1r Principi de la Termodinàmica

Procés a V constant V2 = V1 dV=0

0VPW 2

1

VV ext d

vU = Q + 0 = Q

• Nou significat per a U• Ens dóna una forma de determinar U

ENTALPIA.ENTALPIA.33H = U + PV Entalpia

(H)

• Funció d’estat• Propietat extensiva• Unitats d’energia

Procés a P constant

);VP(VQVPQWQUUU 12pVVp12

2

1 d

HHHPVUPVUQ 121122p

Relació entre H i U

H = U + (PV) H = U + PV H Usól/líq

només

P constant

Si

CALOR DE REACCIÓ. LLEI DE HESS.CALOR DE REACCIÓ. LLEI DE HESS.44Reaccionsquímiques

• Exotèrmiques (Q < 0)

• Endotèrmiques (Q > 0)

La calor de reacció es mesura amb un calorímetre[Petrucci, pg 227]

Qv = U = Uprod - Ureac

Qp = H = Hprod - HreacH = U + (PV)

H U

¿Intervenengasos?

NoSí

H = U + (nRT)

H = U + RTnSi T constant

MÈTODES PER A DETERMINAR-LA

Entalpia de reaccióEntalpia de reaccióIncrement d’entalpia que té lloc durant la reacció

Mètode 1 Mesurar Qp amb un calorímetre

)g(CO)g(O2

1)g(CO 22 H = -283 kJ

)g(CO2)g(O)g(CO2 22 H = -566 kJ

)g(O2

1)g(CO)g(CO 22 H = +283 kJ

Mètode 2 Mesurar Qv amb un calorímetre; H = U+RTn

Mètode 3 Llei de Hess

)g(CO)g(O2

1)s(C 2 H = ?

)g(CO)g(O)s(C 22 H = -393.5 kJ

Germain Henri Hess(1802-1850)

La calor intercanviada quan una reaccióquímica es duu a terme a T i P constants ésla mateixa tant si la reacció transcorre en unaetapa com si ho fa en més d’una.

)g(CO)g(O)s(C 22 H = -393.5 kJ

)g(O2

1)g(CO)g(CO 22 H = +283 kJ

)g(CO)g(O2

1)s(C 2 H = -110.5 kJ

H: funció d’estat

ENTALPIA ESTÀNDARD DE FORMACIÓ.ENTALPIA ESTÀNDARD DE FORMACIÓ.55Estat estàndard d’una substància: la seua forma pura a 1 bar.

Entalpia de reacció estàndard (Hº): H quan els reactius en elsseus estats estàndard passen a productes en els seus estats estàndardrespectius.

Entalpia estàndard de formació (Hfº) d’una substància: Entalpiaestàndard de reacció per a la formació d’un mol de la substància apartir dels seus elements en el seu estat més estable. (Unit: Jmol-1)

Hfº (C2H5OH, l) a 25ºC = -277.69 kJmol-1

)l(OHHC)g(O2

1)g(H3)grafit,s(C2 5222

Hfº (element en el seu estat més estable) = 0

Mètode 4 A partir de Hfº

)reac(H)prod(HH of

reacreac

of

prodprod

o

[Levine, pg 147]

Tabular Hfº per a cada substància