Conceptos Clave de Termoquímica

Entalpía Estándar de Reacción

Se define como la variación de entalpía cuando los reactivos se convierten en productos, para una reacción en que unos y otros están en sus estados estándar. Un sistema está en su estado estándar cuando presenta su forma más estable a 25ºC (298,16K) y 1 atm de presión (1,013·10⁵ N·m^-2).

Algebraicamente: ΔHº = ∑ΔHº_f(productos) −∑ΔHº_f(reactivos)

Esta definición emana de la propiedad que posee la entalpía de ser una función de estado, esto es, sólo depende del estado inicial y final del sistema y no del camino por el que transcurre la reacción.

Energía de Enlace

Otra cantidad relacionada con el calor de reacción es la energía de enlace. Cuando se forma un enlace químico se desprende calor; por consiguiente, se necesita suministrar calor para romper un enlace. La energía de enlace es el promedio del calor necesario para romper un determinado tipo de enlace químico en distintos compuestos en fase gaseosa, dejando en libertad sus átomos constituyentes también en fase gaseosa.

ΔH = Σ energía enlaces rotos – Σ energía enlaces formados

Entalpía Estándar de Formación

Es la energía estándar de reacción correspondiente a la formación de un mol de un compuesto a partir de sus elementos en sus estados estándar. Se representa por ΔH_fº. Por definición, la entalpía de formación de los elementos en su estado natural es igual a cero.

Ley de Hess

“La variación de entalpía asociada a una reacción química es la misma si la reacción se verifica directamente en una sola etapa, o bien si tiene lugar en varias etapas”. Esto es consecuencia de que la entalpía es una función de estado y la variación que se produce en una función de estado cuando evoluciona desde un punto hasta otro, sólo depende del punto de partida y del de llegada y no del camino por donde transcurre la reacción.

Espontaneidad, Entropía y Energía Libre de Gibbs

La entropía es una medida del desorden de un sistema, y al ser una función de estado, necesita un valor de referencia. Este valor de referencia enunciado es el tercer principio de la Termodinámica: “La entropía de una sustancia en su estado de cristalización más estable es cero en el cero absoluto de temperaturas”.

Usar la entropía como criterio de espontaneidad es incómodo y a fin de superar esta dificultad se ha introducido otra función de estado llamada energía libre, G: G=H-TS, ó ΔG=ΔH-TΔS.

• Si ΔG=0 para un determinado proceso, el proceso es reversible.
• Si ΔG<0 el proceso es espontáneo.
• El proceso para el que ΔG>0 no es espontáneo y el sistema sólo puede experimentar tal proceso bajo la influencia del ambiente entorno.

La expresión anterior puede utilizarse para hacer algunas predicciones cualitativas. Si ΔH es negativo y ΔS es positivo, la expresión ΔG=ΔH-TΔS es negativa para cualquier temperatura, el proceso es espontáneo a cualquier temperatura. Si ΔH es positivo y ΔS es negativo, ΔG es positivo a cualquier temperatura y el proceso es no espontáneo. Si ΔH y ΔS son ambos negativos o ambos positivos, el valor positivo o negativo de ΔG depende de la temperatura. En general, si una reacción tiene valores negativos tanto de ΔH como para ΔS, es espontánea a temperaturas más bajas, mientras que si ΔH y ΔS son ambos positivos, la reacción es espontánea a temperaturas más altas.

Formulario – Resumen de Termoquímica

Primer Principio de la Termodinámica

ΔU=q+W

(ΔU=variación de energía interna; q=calor; W=trabajo mecánico

El criterio de signos que se sigue es que todo lo que aumenta la energía del sistema se le da signo positivo y lo que la disminuye signo negativo. Así, si el calor es absorbido por el sistema q>0. Si se realiza un trabajo sobre el sistema, W>0.

Una energía que abandona el sistema lleva un signo negativo. Así, si un calor es cedido por el sistema, q<0. Si un trabajo es realizado por el sistema, W<0.

Entalpía

H=U+PV

Calores de Reacción

q_p = ΔH

ΔH=ΔU+ Δn·RT

q_v = ΔU

q_p = q_v + Δn·RT

Entalpía Estándar de Reacción

ΔHº = ∑ΔHº_f(productos) −∑ΔHº_f(reactivos)

• Si ΔHº < 0, la reacción es exotérmica.
• Si ΔHº > 0, la reacción es endotérmica.

ΔH = Σ energía enlaces rotos – Σ energía enlaces formados

Entropía Estándar de Reacción

ΔSº = ∑Sº_productos −∑Sº_reactivos

Energía Libre de Gibbs

G=H-TS, de forma que para un proceso, ΔG=ΔH-TΔS

• Si ΔG < 0, el proceso es espontáneo.
• Si ΔG = 0, el sistema se encuentra en equilibrio.
• Si ΔG > 0, la transformación inversa se realiza de forma espontánea.

Tabla de Espontaneidad de las Reacciones

Energía Libre Estándar de una Reacción

ΔGº = ∑ΔGº_f(productos) − ∑ΔGº_f(reactivos)