Termoquímica

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Termoquimica

La termoquímica es una subdisciplina de la fisicoquímica que estudia los cambios de calor en procesos de cambio químico, como lo son las reacciones químicas.

Se puede considerar que las reacciones químicas se producen a presión constante, o bien puede considerarse que se producen a volumen constante; el del receptáculo donde se estén realizando.

Tratándose de intercambios de calor a presión constante, la magnitud característica de la termoquímica es el incremento de entalpía, es decir, la variación de calor que se dará en el paso de reactivos a productos.

Proceso a presión constante: El calor intercambiado en el proceso es equivalente a la variación de entalpía de la reacción.

Proceso a volúmen constante: El calor que se intercambia en estas condiciones equivale a la variación de energía interna de la reacción.

Procesos exotérmicos y endotérmicos

En función del calor que intercambien en el medio, los procesos se pueden clasificar como exotérmicos y endotermicos.

En el caso que nos ocupa, los procesos son las reacciones químicas, y lo que nos indicará si la reacción habrá perdido o ganado energía es la entalpía de la reacción.

Exotérmicas: Desprenden calor hacia el entorno, es decir, pierden calor: qp < 0

En relación con la energía libre de Gibbs, la variación de entalpía de reacción gobierna también, junto a la entropía y la temperatura, la espontaneidad o inespontaneidad de una reacción.

Ley de Hess

Germain Henry Hess fue un fisicoquímico ruso de origen suizo que sentó las bases de la termodinámica actual. Trabajó fundamentalmente la química de gases, y enunció la siguiente ley:

"En una reacción química expresada como la suma (o diferencia) algebraica de otras reacciones químicas, puesto que es función de estado, la entalpía de reacción global es también la suma (o diferencia) algebraica de las entalpías de las otras reacciones."

Consideremos la reacción A→B. Y supongamos la existencia de las siguientes reacciones intermedias, de Δ r HT^o conocida:

Vemos que podemos montar un ciclo termodinámico tal que, en vez de ir de A a B directamente, pasemos por todas las reacciones intermedias antes descritas:

Como la entalpía es una función de estado, el proceso no depende del camino, y, por lo tanto, es indiferente que la hagamos directamente o teniendo en cuenta las demás reacciones.

Nótese que la reacción D→C va en el sentido opuesto al que nos interesa para cerrar el ciclo. Por ello, debemos invertir la dirección del flujo energético para obtener la reacción que queremos, y eso se logra cambiando el signo de la variación entálpica. Es decir,

En ocasiones, deberemos multiplicar la entalpía de reacción de una de las intermediarias por algún coeficiente estequiométrico para que se cumpla la relación lineal entre las diferentes variaciones de entalpías.

Conocemos que la entalpía de una reacción depende de la temperatura, ya que depende de la energía interna. En ocasiones, nos interesará conocer la variación de entalpía estándar a una temperatura diferente de la que tenemos datos.

Actividad: Responde las siguientes preguntas

Recuerda revisar las respuestas de las preguntas abiertas al final de está página.

1. En una reacción exotérmica, la variación de entalpía es:

2. ¿Qué representa la ecuación qv = ΔrU?

3. Si invertimos una reacción química, ¿qué ocurre con su entalpía?

4. ¿Qué aspecto adicional determina la espontaneidad de una reacción junto con la entalpía?

5. La Ley de Hess indica que:

Una vez que des click a este botón, los reactivos se cerraran y no podrás cambiar tu respuesta.

6. ¿Qué significa que una reacción sea exotérmica?

7. ¿Qué ocurre si se necesita ajustar una reacción intermedia en la Ley de Hess?

8. ¿Cómo varía la entalpía de una reacción con la temperatura?

9. ¿Por qué es importante la temperatura estándar en los cálculos termoquímicos?

10. ¿Por qué a veces es necesario multiplicar la entalpía de una reacción por un coeficiente estequiométrico al aplicar la Ley de Hess?

¿Sigues teniendo dudas?

Te recomendamos visitar el siguiente material para mayor conocimiento o entendimiento sobre el tema:

Respuestas de las preguntas abiertas

6. Significa que la reacción libera calor al entorno, lo que implica que la entalpía de la reacción es negativa Δ r HT^o < 0

7. Se multiplica la entalpía por el coeficiente estequiométrico correspondiente para mantener la proporcionalidad.

8. La entalpía depende de la temperatura, ya que se relaciona con la energía interna del sistema, la cual también varía con la temperatura.

9. Porque las propiedades termodinámicas, como la entalpía, varían con la temperatura.

10. Para que se cumpla la relación lineal entre las diferentes variaciones de entalpías.

2. Porto, J. P., & Gardey, A. (2021a, mayo 21). Termoquímica - Qué es, definición, funciones y aplicaciones. Definición.de. https://definicion.de/termoquimica/ https://definicion.de/termoquimica/

5. Es Ciencia. (2020, 30 octubre). Entalpía de reacción y formación EJEMPLOS [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=wdJHuLcso-0 https://www.youtube.com/watch?v=wdJHuLcso-0

6. EMMANUEL ASESORÍAS. (2018, 3 septiembre). Ley de HESS y ENTALPÍA (paso a paso) [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=SfnjpE0b56Q https://www.youtube.com/watch?v=SfnjpE0b56Q

7. Ciencias Básicas para Ingenieros. (2019, 25 abril). Termoquímica: Conceptos básicos 1 [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=_dpd3htvTQo https://www.youtube.com/watch?v=_dpd3htvTQo