Interés de la Termoquímica

Transcripción

1 Teroquíica Quíica Física I QUIM 404 Ileana Nieves Martínez Interés de la Teroquíica Estudia cabio téricos de reacciones quíicas Donde el estado final del sistea son los productos y el estado inicial i i son los reactivos. A + B C + D Ropiiento de enlaces Reacción a PRESIÓN CONSTANTE que puede ocurrir bajo dos condiciones. Liberando calor: q P < 0, H rx < 0 Absorbiendo calor: q P > 0, H rx > 0

2 Siboliso y deterinación de la entalpía, (H = q P ) Productos Reactivos q H H H P rx i i. Estado patrón es la fase estable de la especie pura a 98 K y una atósfera de presión, H 98 K. s, rafito ( ) 6 6( l). 6 C 3 H C H H 98K.7 kcal ( ) 6 ( ) 3 ( ) H H H H C H H C H H rx f i l s rafito 3. Calor por unidad de reacción para un de especie. Ejeplo: H O HO H 68.3 ( ) ( ) ( l) H O HO H 68.3 ( ) ( ) ( l ) kcal kcal kj 3 Medidas caloríetricas. qp CtotalT HP donde C C C A presión constante Total caloríetro aua. qv CTotalT U A voluen constante H H H U P P V RT RT H U np nr V V V f i H U n RT 3. f i f i ( ) H H H U PV H U nrt 4

3 Leyes teroquíicas Laplace establece que el calor de foración es iual al calor de descoposición pero con sino opuesto. Ejeplo: CH4( ) O( ) CO( ) HO H 890.3kJ CO H O CH O H 890.3kJ ( ) 4( ) ( ) Ley de sua constante de calores (Ley de Hess) establece que la entalpía de una reacción se puede deterinar cobinando ecuaciones de reacciones que resulten en la reacción neta de interés. Es útil para reacciones que no se pueden deterinar directaente. t Ejeplo: C O CO H 393.5kJ ( s) ( ) ( ) CO CO O H 83.0kJ ( ) ( ) ( ) C O CO H 0.5kJ s ( ) ( ) 5 Ley de Hess Escala de enería C (s) + O () -0.5 kj CO () + / O () kj CO () kj Diaraa C (s) + / O () CO ()? / O() CO () -/ O () 6 3

4 Definiciones Entalpía de cobustión es el calor de la reacción de oxíeno con un copuesto para producir los óxidos de los eleentos que constituyen ese copuesto (Ejeplo: H O, CO ; SO, NO, etc.) Entalpía de foración es el calor necesario para la foración de un copuesto partiendo de sus eleentos en su estado patrón a 98 K y at. Es útil para deterinar la entalpía de reacción. H 98 H 98K H 98K rx i, f productos i, f reactivos 7 Ejeplo de entalpía de foración 6C 3H O C H OH H 98 K? ( s ) rafito ( ) ( ) 6 5 ( s ), f Usando datos conocidos de entalpía de cobustión de fenol y de entalpía de foración de aua y bióxido de carbono se deterina la entalpía de foración de fenol por la Ley de Hess Ley de Hess 6 ( ) CO 6C 6O H kj ( rafito) ( ) 3H O 3H 3 O H 368.3kJ () l ( ) ( ) CHOH 6 5 ( s) 7O( ) 6CO( ) 3HO () l H 6 5 ( s ) ( s ) rafito ( ) ( ), f kj CHOH 6C 3H O H 98K 8 4

5 Calor de solución Calor interal calor para disolver un de especie. H SO 0 H O H SO 8 H O H 67.8 kj 4( l) 4 soln Calor interal a dilución infinita - calor para disolver la especie en una ran cantidad de disolvente. H SO ( ac) H SO H 96. kj 4( l) 4( ac) soln 9 Calor de solución (continuación) Calor de foración de solución - calor de la foración de la especie desde sus eleentos en su estado patrón, pero toando en cuenta el proceso de disolución. HSO ( ac) HSO H96. kj 4( l ) 4( ac ) ( ) ( ) ( ) 4( ) 8.3kJ s l H S O H SO H H S O ( ac) H SO H kj ( ) ( s) ( ) 4( ac) 0 5

6 Enería de enlace H 98 H H H Total PV Teral enlaces 98 Total 98 V enlaces 0 H RT C dt H 4.8 kj.4 kj.65 kj H Despejando por enlaces H enlaces : H H enlaces kj kj kj kj Entonces la ayor contribución a la entalpía de foración para especies aseosas es la entalpía de enlaces. Enería de enlace (continuación) Enería de disociación de enlace - enería necesaria para roper cierto enlace quíico en un copuesto específico. Enería de enlace o entalpía de enlace - el valor proedio de enerías de disociación de un enlace dado en una serie de copuestos. Ejeplo : HO ( ) ( ) ( ) 9.9 kcal H OH H OH ( ) ( ) ( ) 0. kcal O H H kcal H HO ( ) ( ) ( ) 0.5 kcal O H 6

7 Enería de enlace (continuación) Enería de atoización - es la enería necesaria para separar éculas en sus eleentos en la fase aseosa. CH C 4H H 4( ) ( ) ( ) entonces CH H 4 Se puede tabién deterinar de datos conocidos de calor de subliación, disociación de enlace y calor de foración. Ejeplo: C C H 77.7 kj ( s ) rafito ( ) ( sub ) H kj ( ) H( ) H( dis) 4 (43.8 ) CH C H H ( ) ( s ) rafito ( ) ( for ) kj CH C 4 H H ( ato) ( ) ( ) ( ) kj 3 Enería de enlace (continuación) Calor de subliación - es el calor necesario para subliar una especie desde la fase sólida. C C H 77 7 kj ( s) rafito ( ) sub. Calor de evaporación - es el calor necesario para evaporar una especie. 4 7

8 Efecto de la teperatura sobre la entalpía ΔH(98) literatura Para deterinar la entalpía a otra teperatura se establece un ciclo coo el siuiente: HT f A B C D H a CPATi Tf CPBTi Tf CPA CPBTi Tf H b CPCTf Ti CPDTf Ti CPC CPDTf Ti 98 H T H K i A B C D HT ( ) H HT ( ) H HT ( ) C C C C T T f a i b i PC PD PA PB f i 5 Efecto de la teperatura sobre la entalpía Ecuación neta: Ley de Hess: HT ( ) H H P f i PC PD PA PB f i T f HT ( ) HT ( ) CdT f i P Ti HT ( ) HT ( ) C C C C T T R HT ( ) HP HR CP T T T H( Tf ) dh( T) CPdT Ley de Kirchhoff: H( Ti) Tf Ti P P P Prod C React P 6 8