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bibliográficas)
El cambio de entalpía que acompaña a una reacción se llama entalpía de reacción o calor de reacción.
… donde ∆H→ indica que es una medida para la reacción en
sentido directo, aunque lo común es expresarlo sin ningún subíndice ∆H,
lo cual indica que es una entalpía que no está asociada a una sustancia
concreta. Cuando damos un valor numérico para ∆H, debemos especificar la
reacción involucrada. Por ejemplo, cuando 2 mol de H2(g) se queman
para formar 2 mol de H2O(g) a una presión constante, el sistema
libera 483.6 kJ de calor. Podemos resumir esta información como:
👉 Si el signo negativo para ∆H nos dice que
esta reacción es exotérmica.
👉 Si el signo positivo para ∆H nos dice que
esta reacción es endotérmica.
Observe que ∆H se informa al final de la ecuación balanceada, sin especificar
explícitamente las cantidades de productos químicos involucrados.
Avance de la reacción
Al igual que como sucede con la masa m y la masa molar M para
las entalpias, tendremos una dicotomía entre la entalpía simple ΔH y la
entalpía estándar ΔH0, que, aunque relacionadas, tendrán
unidades diferentes. La entalpía de la reacción
ΔH es una propiedad extensiva,
por lo tanto, a mayor cantidad de sustancia n de reactivos y productos,
ΔH va a ser mayor la energía requerida o generada por la reacción.
Dado que la entalpía de la reacción es un parámetro que depende de la
reacción como un todo o de las cantidades de sustancia, puede vincularse al
avance de la reacción (Baeza-Baeza &
García-Alvarez-Coque, 2014; Canagaratna, 2000; Croce, 2002; De Donder & Van
Rysselberghe, 1936; García-García, 2021; García García, 2020; Garst, 1974;
Hanyak Jr, 2014; IUPAC, McNaught, & Wilkinson, 2019; Moretti, 2015;
Mousavi, 2018; Wikipedia, 2019).
Una reacción química puede repetirse una cantidad arbitraria de veces, sin
embargo, la entalpía estándar ΔH0 siempre está fijada a una
cantidad de reacción específica que denominaremos como el avance de la reacción
estándar ξu. En consecuencia, la entalpía
estándar ΔH0 va a ser una propiedad intensiva para una reacción
química particular fijada a ξu.
Recuerde que el avance de la reacción ξ determina cuántas veces de
Avogadro se repite un evento de reacción y para el avance de reacción estándar,
vamos a asumir que la reacción se repite una un número de Avogadro, es decir,
lo lo que es lo mismo, se repite una mol de veces, por ende ξu = 1 mol.
Dado lo anterior,
- las entalpias simples ΔH van a estar medidas en unidades de energía
como J, mientras que…
- las entalpías estándar ΔH0 van a
estar medidas en unidades de energía ponderadas a la cantidad de veces que se
repite la reacción es decir J/mol.
👉 𝑬𝒏𝒖𝒏𝒄𝒊𝒂𝒅𝒐:
Empleando
el concepto de avance de la reacción, el de entalpía de una reacción y entalpía
estándar de una reacción, obtenga fórmulas que permitan calcular la entalpía de
una reacción con una cantidad de sustancia y masa de algún reactivo clave, así
como ecuaciones para la entalpía molar para una sustancia y la entalpía
específica para una sustancia // Pulse aquí.
👉 𝑬𝒏𝒖𝒏𝒄𝒊𝒂𝒅𝒐
Hallar
la ecuación para convertir entre entalpía estándar J/mol y entalpía específica
J/g // Pulse aquí
👉Enunciado: Determine la cantidad de
calor (en kJ) que se desprende cuando se producen 1.26 x 104 g de
amoníaco de acuerdo con la ecuación N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)
∆H°rxn = -92.6 kJ/mol. Suponga que la reacción tiene lugar en condiciones de
estado estándar a 25°C // pulse aquí.
👉Enunciado: El metanol, el etanol y el n-propanol son tres alcoholes comunes. Cuando 1.00 g de cada uno de estos alcoholes se quema en el aire, se libera calor como lo muestran los siguientes datos: (a) metanol (CH3OH), 222.6 kJ; (b) etanol (C2H5OH), 229,7 kJ; (c) n-propanol (C3H7OH), 233,4 kJ. Calcular los calores de combustión de estos alcoholes en kJ/mol // pulse aquí.
Propiedades de la entalpía de la reacción
Las siguientes pautas son útiles cuando se usan ecuaciones termoquímicas y
diagramas de entalpía:
La entalpía es una propiedad extensiva
La magnitud de ∆H es proporcional a la cantidad de reactivo
consumido en el proceso o a la cantidad de producto generado, aunque visto
desde el punto de vista de la reacción, es directamente proporcional al avance
de la reacción, es decir, cuantas veces se repite un solo evento de reacción (Ecuación
7.4).
Las ecuaciones reversas tienen entalpías opuestas
Cuando revertimos una reacción, revertimos los roles de los productos y los
reactivos. En estos casos es donde es conveniente usar la notación ∆H→
para la reacción directa y ∆H← para la reacción reversa,
en lugar de solo ∆H.
La entalpía depende de los estados de la materia
La entalpía es una variable que no solo depende de la cantidad de sustancia
y la identidad de la sustancia, también depende del estado de la materia y la
presión, por lo que dos reacciones con ecuaciones iguales, pero con estados de
materia diferentes y alguna de las sustancias producto o reactivo tendrá un
valor de entalpía para toda la reacción diferenciado.
En muchas situaciones encontraremos valioso conocer el signo y la magnitud del cambio de entalpía asociado con un proceso químico dado. Como vemos en las siguientes secciones, ∆H puede determinarse directamente por experimento o calcularse a partir de cambios de entalpía conocidos de otras reacciones.
Relación
entre cambio de entalpía y cambio de energía interna
Frecuentemente los productos de una reacción no se limitan únicamente a la
generación de calor, también involucran la generación de gases a muy altas
presiones que generan un empuje expansivo importante, y por ende ejercen
trabajo a los alrededores. De allí que la ley de la conservación de la energía
implique la suma de la energía de la reacción más la energía por trabajo
mecánico.
👉Enunciado: Hallar ecuaciones para el cambio de energía interna en términos de la
entalpía estandar de la reacción y un cambio de volumen a presión constante.
Asi como el equivalente del producto P ΔV en cantidad de sustancia y
temperatura.
👉Enunciado: Determinar el
cambio de energía interna de un sistema si se produce 1 mol de H2
para la reacción química 2Na(s) + 2H2O(l)
→ 2NaOH(aq) + H2(g) ΔH = -367.5 kJ/mol a 25°C, que emite
suficiente hidrógeno para expandir un cilindro de 40 L a 64.5 L a una presión
de 1 atm. Compare las dos energías y determine cual es más significativa //
Pulse aquí.
👉Enunciado: Considere la
reacción 2H2O(g)+2H2(g) →O2(g) (g) ∆H0
= 483.6 kJ / mol. Si 2.0 moles de H2O
(g) se convierten en H2 (g) y O2 (g) contra una presión
de 1.0 atm a 125 ° C, ¿cuál es la ∆E para esta reacción? // Pulse aquí.
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