Unidad 1: Termodinámica química

El cálculo de calor de reacción, propiedad extensiva. Antes de inciar una reacción química es importante conocer  si la reacción será exotermica o endotérmica, ademas de conocer la magnitud del calor liberado o el calor absorbido en ella. Sin este valor, no se podá iniciar ningún proceso químico a escala industrial.

Entre muchas cosas, debemos conocer la cantdidad de energía que debemos suministar para que la reacción se efectúe, o conocer la cantidad de calor que generará la reacción, para poder seleccionar el material de los recipientes en donde se va efectuar la reacción, debemos evaluar si estos resistieran el calor liberado.

Entalpías de Enlace o energía de enlace

Una medida de la estabilidad de una molécula es el valor de su Energía de Enlace, cuanto más unidos estén los átomos en una molécula, mayor será el valor de la energía de enlace.

Se puede definir como energía de enlace, a la energía necesaria para romper un enlace específico de un mol de moléculas al estado gaseoso.

La Ley de Hess, es un método indirecto de calcular el Calor de Reacción ó Entalpia de Reacción.

La ley de Hess se puede enunciar como sigue:cuando los reactivos se convierten a productos, el cambio de entalpía es el mismo, independientemente de que la reacción se efectúe en una paso o en una serie de pasos.

En el ejemplo siguiente veremos la aplicación de la Ley de Hess.

El estudio de la Calorimetría, comprende la medición de los cambios de calor, producido en los procesos físicos y químicos. El equipo que se emplea en un laboratorio para realizar estas mediciones se llama calorímetro. Recuerden que una manera de medir el calor es la temperatura.

Para comprender como se puede medir la cantidad de calor analizaremos dos situaciones:

La primera Ley de la Termodinámica nos ha permitido entender que la energía  puede interconvertirse de una forma en otra, pero no puede crearse o destruirse. En otras palabras, que la energía se puede transferir entre el sistema y sus alrededores o se puede convertir en otra forma de energía, pero la energía total permanece constante.

La primera ley nos ayuda a hacer el balance, por así decirlo, respecto al calor liberado o absorbido, al trabajo efectuado o recibido, en un proceso o reacción en particular, pero, no podemos emplear este argumento para saber si un proceso sucede o no.

La tercera ley de la termodinámica es una extensión de la segunda ley y se relaciona con la determinación de los valores de la entropía. Hasta ahora hemos venido relacionado la entropía con el desorden molecular, cuanto mayor sea el desorden o la libertad de movimiento de los átomos o moléculas de un sistema, mayor será la entropía de éste.

Pensemos lo siguiente:

Si tenemos un gas, las moléculas de éste tendrán máxima libertad de movimiento, las  moléculas se encuentrarán en el mayor desorden.

Según la segunda ley de la termodinámica, una reacción espontánea hace que se incremente la entropía del universo. Por lo tanto se debe calcular la variación de la entropía del sistema y la de los alrededores. Por lo general nos interesa sólo lo que ocurre en el sistema en particular y, por otro lado el cálculo de la variación de la entropia de los alrededores puede resultar muy difícil.

Fue necesario encontrar, por tanto, otra función termodinámica, que permitiera determinar si una reacción ocurre de manera espontánea considerando sólo al sistema mismo.

Hasta ahora hemos estudiado la Energía Libre de Gibbs en condiciones estándares, el valor de esta variación nos permite predecir si la reacción ocurrirá o no, pero a las condiones estandar.

Pero la mayoría de las reacciones quimicas que se producen, tanto en los laboratorios como en la industria, no lo hacen en condiciones estándar.

Para poder explicar lo dicho en el parrafo anterior, vamos suponer los siguiente:

Siempre que se plantee una reacción química es necesario conocer: