1.- Conceptos básicos. Sistemas, variables y procesos. 2.- Energía, calor y trabajo. 1er Principio de la Termodinámica. 3.- Entalpía. 4.- Calor de reacción. Ley de Hess. 5.- Entalpías estándar de formación. 6.- Entalpías de enlace. 7.- Capacidad calorífica. 8.- Variación de la entalpía de reacción con la temperatura.

1.- Conceptos básicos. Sistemas, variables y procesos. 2.- Energía, calor y trabajo. 1er Principio de la Termodinámica. 3.- Entalpía. 4.- Calor de reacción. Ley de Hess. Fundamentos de 5.- Entalpías estándar de formación. Termodinámica 6.- Entalpías de enlace. 7.- Capacidad calorífica. 8.- Variación de la entalpía de reacción con la temperatura.

Termodinámica: Rama de la Física que estudia el calor, el trabajo, la energía y los cambios que ellos producen en los estados de los sistemas.

1.- Conceptos básicos. Sistemas, variables y procesos. 2.- Energía, calor y trabajo. 1er Principio de la Termodinámica. 3.- Entalpía. Aplicación a 4.- Calor de reacción. Ley de Hess. reacc. químicas: 5.- Entalpías estándar de formación. 6.- Entalpías de enlace. Termoquímica 7.- Capacidad calorífica. 8.- Variación de la entalpía de reacción con la temperatura.

Termoquímica: Rama de la Química que estudia el calor cedido o absorbido en las reacciones químicas.

Sistema: Parte del universo que es objeto de estudio. Entorno, alrededores, medio ambiente: Resto del universo Tipos de sistemas

Puede intercambiar

Abierto

Cerrado

Aislado

Materia Energía

Materia

Materia Energía

Los sistemas se presentan de diferentes formas ⇒ ESTADOS caracterizados por VARIABLES termodinámicas (p.ej: T, P, V, m, ρ, composición química, ...)

Tipos de variables

Intensivas •  No dependen de la cantidad de materia del sistema •  Ej: T, P, ρ •  No son aditivas

Extensivas •  Dependen de la cantidad de materia del sistema •  Ej: m, V •  Son aditivas

1)  Al asignar valores a unas cuantas, los valores de todas las demás quedan automáticamente fijados. 2)  Cuando cambia el estado de un sistema, los cambios de dichas funciones sólo dependen de los estados inicial y final del sistema, no de cómo se produjo el cambio. ΔX = Xfinal –Xinicial

Ecuaciones de estado: Relacionan funciones de estado (ej: PV = nRT)

Cuando alguna de las variables de estado cambia con el tiempo ⇓ PROCESO termodinámico •  Isotermo •  Isóbaro •  Isócoro •  Adiabático •  Cíclico

Tipos de procesos

(T = cte) (P = cte) (V = cte) (Q = 0) (estado final = estado inicial)

• Reversible (sistema siempre infinitesimalmente próximo al equilibrio; un cambio infinitesimal en las condiciones puede invertir el proceso)

•  Irreversible (Un cambio infinitesimal en las condiciones no produce un cambio de sentido en la transformación).

Energía: Capacidad que posee un sistema para realizar un trabajo o para suministrar calor.

W>0

W0

Q 0)

El calor de reacción se mide con un calorímetro Qv = ΔU = Uprod - Ureac Qp = ΔH = Hprod - Hreac Sí

ΔH = ΔU + Δ(nRT) ΔH = ΔU + RTΔn

ΔH = ΔU + Δ(PV) ¿Intervienen gases?

Si T=cte

No

ΔH ≅ ΔU

MÉTODOS PARA DETERMINARLA

Método 1

Medir Qp con un calorímetro ΔH = -283 kJ ΔH = -566 kJ ΔH = +283 kJ

Método 2

Medir Qv con un calorímetro; ΔH = ΔU+RTΔn

ΔH = ? ΔH = -393.5 kJ

Método 3

Ley de Hess

El calor intercambiado cuando una reacción química se lleva a cabo a T y P constantes es el mismo tanto si la reacción ocurre en una etapa o en varias.

Germain Henri Hess ΔH = -393.5 kJ

(1802-1850)

ΔH = +283 kJ ΔH = -110.5 kJ

H: función de estado

Estado estándar de una sustancia: su forma pura a 1 bar. Entalpía de reacción estándar (ΔHº): ΔH cuando los reactivos en sus estados estándar pasan a productos en sus estados estándar respectivos. Entalpía estándar de formación (ΔHfº) de una sustancia: Entalpía estándar de reacción para la formación de un mol de la sustancia a partir de sus elementos en su estado más estable. (Unid: J⋅mol-1) ΔHfº (C2H5OH, l) a 25ºC = -277.69 kJ⋅mol-1

ΔHfº (elemento en su estado más estable) = 0

Método 4

A partir de ΔHfº

[Levine, pg 147]

Tabular ΔHfº para cada sustancia

Método 5

A partir de entalpías de enlace ¡Ojo! Método aproximado ⇒ ESTIMACIÓN

Reacción química: Proceso en el que se rompen unos enlaces y se forman otros nuevos. La ruptura/formación de un enlace conlleva intercambio energético.

H

H H C H H

+

Cl Cl

H C Cl H

+

H Cl

Método 5

A partir de entalpías de enlace ¡Ojo! Método aproximado ⇒ ESTIMACIÓN

Reacción química: Proceso en el que se rompen unos enlaces y se forman otros nuevos. La ruptura/formación de un enlace conlleva intercambio energético.

H

H H C H H

+

Cl Cl

H C Cl H

+

H Cl

Entalpía de disociación de un enlace dado en una molécula determinada: Energía requerida para romper ese enlace en un mol de dichas moléculas en estado gaseoso a P cte. Entalpía de enlace: Valor promedio de la energía requerida para romper enlaces similares en un gran número de moléculas diferentes. (Un mol; estado gaseoso; P cte) ⇒ Tabular

H

H H C H

+

Cl Cl

H

H C Cl

+ H Cl

H ΔH = 413 + 243 – 328 – 432 = –104 kJ ¡Ojo!

* Método aproximado ⇒ ESTIMACIÓN Fiabilidad: ± 10 kJ como máximo * Sólo es aplicable a reacciones entre gases.

Capacidad calorífica molar de una sustancia: cantidad de calor necesaria para elevar la T de un mol de dicha sustancia un grado. (Unid: J⋅mol-1⋅K-1) Calor específico de una sustancia: cantidad de calor necesaria para elevar la T de un gramo de dicha sustancia un grado. (Unid: J⋅g-1⋅K-1) Capacidad calorífica molar a P cte

Capacidad calorífica molar a V cte

Cp Cv c

•  Magnitudes intensivas •  Distintas para cada sustancia •  Función de T

¿Cuál será el calor necesario para incrementar la T de n moles de una sustancia desde T1 a T2? A P cte: Si Cp=cte

A V cte: Si Cv=cte

aA + bB → cC + dD aA+bB T2

ΔH2

ΔH′

aA+bB T1

ΔH2 = ΔH′+ ΔH1+ ΔH′′

cC+dD T2 ΔH′′

ΔH1

cC+dD T1

ΔCp

Ecuación de Kirchhoff

Si ΔCp=cte

Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887)