Termoquimica

Antes de comenzar con termoquímica aclaremos algunos conceptos:

Un sistema es cualquier espacio o material en el que se desea enfocar la atención, es decir, es una porción aislada o limitada del universo que se somete a investigación. Es una parte pequeña del universo que se aísla para someterla a estudio. El resto se denomina ENTORNO. El entorno (alrededores o medio ambiente) es el resto del universo externo al sistema.

Hay tres tipos de sistemas:

SISTEMA ABIERTO
Puede intercambiar masa y energía con su entorno.

SISTEMA CERRADO
Permite la transferencia de energía (calor), pero no de masa con su entorno.

SISTEMA AISLADO
No permite la transferencia de masa ni de energía.

En Termoquímica, se le llama sistema a una reacción química.

Termoquímica es la parte de la Química que se encarga del estudio del intercambio energético de un sistema químico con el exterior.
EL calor es la transferencia de energía entre dos cuerpos que están a diferente temperatura (“flujo de calor”).

La temperatura de un sistema es una función de la energía cinética promedio de todas las partículas

El calor es la energía transferida entre dos sistemas y que está exclusivamente relacionada con la diferencia de temperatura existente entre ellos.



Las unidades de calor son la caloría (cal) y la unidad británica (Btu).

La caloría (cal) es la cantidad de calor requerido para elevar la temperatura de 1 gramo de agua de 14.5 a 15.5 °C.

La kilocaloría (Kcal) equivale a 1000 calorías.

1 caloría = 4.184 Joules (J).

Un Btu es la cantidad de calor requerida para elevar 1 ºF la temperatura de 1 libra-masa de agua. 1 Btu es igual a 251 996 cal.


Trabajo:

Se realiza trabajo sobre un sistema cuando una fuerza hace que el sistema se desplace en la dirección de la fuerza, y está definido por la ecuación:

T = f · d
Donde:

T = Trabajo
f = Fuerza
d = distancia


Joule demostró que cada vez que una cantidad dada de energía mecánica se transforma en calor se obtiene siempre la misma cantidad de este, quedó definitivamente establecida la equivalencia del calor y el trabajo como dos formas de energía, las razones de equivalencia se denominan equivalente mecánico del calor, y son:

1 cal = 4.184 Joules

1 cal = 0.42686 Kg · m


PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.

La primera ley la termodinámica es la ley de la conservación de la energía, que se puede enunciar como “la energía total del universo es una constante”. Una forma más útil de la primera ley de la termodinámica, en las reacciones químicas, es:

∆E = Q + W

La ecuación anterior define al cambio de energía interna ∆E de un sistema como la suma del intercambio de calor (Q) entre el sistema y sus alrededores y el trabajo (W) realizado sobre (o por) el sistema.

La energía total de un sistema de sustancias químicas se llama energía interna (E). Esta energía interna depende del movimiento de las moléculas, de sus distribuciones, de las fuerzas intermoleculares de atracción y de otros factores, es una función de estado. El valor absoluto de la energía interna de un cierto estado no puede ser determinado, pero si se puede determinar la variación de energía interna y se llama ∆E.Un cambio de la energía interna de un sistema es una consecuencia de una transferencia de calor o de la realización de trabajo, y es igual a:

Eproductos – E reactivos = ∆E = Q + W


ENTALPÍA (H)

El contenido total de energía se llama entalpía H , y es igual a la energía interna (E) y el trabajo de expansión (T) que éste puede realizar.

H = E + PV
La variación de entalpía está dada por:

DH = D E + P D V (OJO D es por DELTA=Cambio de)

La entalpía expresa el calor liberado o absorbido en un proceso a presión constante.

La entalpía es una propiedad extensiva; esto es, su magnitud depende de la cantidad de sustancia.

Cualquier propiedad del sistema que dependa exclusivamente de los estados inicial y final y que sea independiente del proceso que se siga para pasar de un estado al otro, se conoce como propiedad de estado. La entalpía es una propiedad de estado ya que depende de los estados inicial y final. La magnitud de la entalpía sólo depende del estado de la sustancia y no de su origen.

El cambio de entalpía durante un proceso a presión constante se representa por DH (“delta H”, donde el símbolo D denota cambio), y es el calor liberado o absorbido por el sistema durante un a reacción.


Para cualquier reacción que se efectúe directamente a presión constante, la entalpía es igual a la diferencia entre la entalpía de los productos y la de los reactivos, esto es:

DHreacción = Hproductos -