TEMA 4: TERMOQUÍMICA.

TEMA 4: TERMOQUÍMICA. Índice 1.- OBJETO DE LA TERMODINÁMICA QUÍMICA...1 2.- INTRODUCCIÓN: TERMOQUÍMICA, ESPONTANEIDAD, EQUILIBRIO...2 3.- DEFINICIONES BÁSICAS: SISTEMA, VARIABLES, ESTADO DE UN SISTEMA...2 4.- CALOR, TRABAJO, ENERGÍA INTERNA. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA...3 4.1. Primer Principi...3 4.2. Trabaj de expansión de un gas:...4 4.3. Criteri de signs:...4 4.4. Cmentaris sbre la energía interna:...5 5.- CALORES DE REACCIÓN A VOLUMEN CONSTANTE Y A PRESIÓN CONSTANTE. ENTALPÍA Y SU VARIACIÓN. DIAGRAMA ENTÁLPICO...5 5.1. Transferencia de calr a vlumen cnstante:...5 5.2. Transferencia de calr a presión cnstante. Cncept de entalpía...6 5.3. Entalpía de una reacción; diagramas entálpics...6 5.4. Ecuacines termquímicas:...7 6.- DETERMINACIÓN DE CALORES DE REACCIÓN POR MEDIDAS CALORIMÉTRICAS...7 6.1. Cóm pdems hacer medidas calrimétricas en un calrímetr?...8 6.2. Cóm determinar la capacidad calrífica del calrímetr?...8 6.3. Cóm determinar un calr de dislución?...9 7.- ENTALPÍA DE REACCIÓN...9 8.- LEY DE HESS...9 9.- ENTALPÍA NORMAL DE FORMACIÓN...11 9.1. Cálcul de la entalpía de reacción a partir de las entalpías de frmación...11 10.- LAS ENERGÍAS DE LOS ENLACES Y SU RELACIÓN CON EL CALOR DE REACCIÓN....12 11.- ESPONTANEIDAD DE LOS PROCESOS QUÍMICOS. DESORDEN DEL SISTEMA. CONCEPTO DE ENTROPÍA....13 12.- ENTROPÍA DE REACCIÓN. CÁLCULO DE ENTROPÍAS DE REACCIÓN A PARTIR DE DATOS TABULADOS...17 13.- CRITERIO DE ESPONTANEIDAD DE UN PROCESO. ENERGÍA LIBRE DE GIBBS. EQUILIBRIO...17 14.- ENERGÍA LIBRE NORMAL Y ENERGÍA LIBRE NORMAL DE FORMACIÓN...19 15.- CÁLCULO DE G DE UNA REACCIÓN A PARTIR DE DATOS TABULADOS...20 1.- OBJETO DE LA TERMODINÁMICA QUÍMICA. La Termquímica estudia ls intercambis de energía que acmpañan a las reaccines químicas. Es un hech experimental que en tda reacción química hay una variación de energía, manifestada nrmalmente pr la emisión absrción de calr. El estudi de estas variacines de energía es bjet de la Termquímica, y de su imprtancia puede darns idea el hech de que n Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 1 de 20

sól hay muchas reaccines (en especial las de cmbustión) que tienen cm únic bjetiv el aprvechamient de la energía desprendida, sin que también la espntaneidad de una reacción viene determinada primrdialmente en muchs cass pr el aspect energétic. 2.- INTRODUCCIÓN: TERMOQUÍMICA, ESPONTANEIDAD, EQUILIBRIO. Se puede decir de una manera muy general que la termdinámica es la ciencia de la energía, y se pdría añadir que también se cupa de la entrpía. La termdinámica está basada, esencialmente en sl ds pstulads, nmbrads primer y segund principis de la termdinámica. Ests aximas n se deducen, en td cas ls pdems cnsiderar generalizacines de experiencias. De ells, pr raznamients lógics, matemátics, se derivan relacines entre las magnitudes macrscópicas, es decir, variables que se refieren a un gran cnjunt de partículas (vlumen, presión, temperatura, calres específics, entalpía,...). La validez de estas relacines se puede cmprbar experimentalmente, y cn es la de ls principis. Hace falta subrayar que la termdinámica es una tería macrscópica, n hace falta tener en cuenta para nada la estructura atómica y mlecular de la materia. Esta característica le cnfiere una gran fiabilidad. Puede ser falsa la existencia de ls átms per la termdinámica n cambiará sus principis, ya que n se deducen teóricamente sin de la experiencia. Las leyes termdinámicas se relacinan cn ls estads de equilibri de ls sistemas (que implican ausencia de cambis en el sistema a l larg del tiemp, incluid el intercambi de materia). La termdinámica n describe el prces de cambi de ls sistemas ni indica el tiemp necesari para l mism, infrmand sl acerca de la psibilidad de que exista tal cambi. A pesar de td, saber sí una reacción es psible n puede ahrrar muchs esfuerzs inútiles, así, si la termdinámica hubiera dich que era impsible btener diamantes a partir de grafit, a nadie se le acurriría esfrzarse intentándl. Ls bjetivs de la termdinámica química ls pdems resumir así: a) Estudi de las variacines de energía, cm entalpías de reacción, energías libres... b) Saber, fijadas ciertas cndicines (cm cm pr ejempl la temperatura y las cncentracines), si es factible una reacción n. c) Obtención, teórica, de las cnstantes de equilibri y métds para mejrar ls rendimients de las reaccines. En l tcante a ls prcess la termdinámica n ns dice nada de su velcidad ni de su mecanism. 3.- DEFINICIONES BÁSICAS: SISTEMA, VARIABLES, ESTADO DE UN SISTEMA. En la termdinámica entendems pr SISTEMA una cantidad de materia que nstrs aislams, bien sea en la realidad imaginativamente, para estudiarla. Ls sistemas termdinámics pueden ser: a) Abierts, en este cas intercambian cn ls alrededres materia y además energía. b) Cerrads, cuand sól intercambian energía. Su masa permanece cnstante, n entra ni sale materia. Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 2 de 20

c) Aislads, cuand n intercambian cn ls alrededres (el medi ambiente) ni materia ni energía. Td sistema se caracteriza macrscpicamente pr uns valres cncrets de sus prpiedades bservables experimentalmente, llamadas variables de estad, cm pr ejempl: la presión (P), el vlumen (V), la temperatura (T) y la cmpsición (χ i ). Para una sustancia pura la cmpsición, al ser siempre la misma, n hace falta especificarla. Es suficiente, en este cas, para cncer el estad del sistema cn tres variables, P, V, T. Hay variables que n cambian su valr aunque dividams el sistema, se dice que sn intensivas y tras que sí l hacen, les llamams extensivas. Sn intensivas: presión, temperatura, densidad, cmpsición... y sn extensivas: vlumen, masa, y tras cm energía interna, entalpía, energía libre, entrpía... Cuand se mdifica una, más, variables de estad decims que el sistema sufrió un prces transfrmación. En este curs estudiarems únicamente sistemas que se encuentran en estad de equilibri termdinámic. Pr suerte, para describir dichs sistemas sól hace falta cncer un reducid númer de variables termdinámicas. Cm pr ejempl, si el sistema es un gas llega cn cncer la presión, el vlumen y la temperatura para describir perfectamente su estad. En general, las variables de estad se encuentran relacinadas entre sí mediante ecuacines matemáticas; cm pr ejempl: P V = n R T. (Ecuación de estad) Existen algunas variables termdinámicas que tienen la imprtantísima cualidad de que su valr depende exclusivamente del estad del sistema, y n de las frmas intermedias pr las que este evlucina. A estas variables se les denmina funcines de estad. Sn funcines de estad: el vlumen, la energía interna, la entrpía, la entalpía, la presión, la temperatura, prque su valr, dentr de un instante dad, es independiente del mecanism que siga el prces cuand se pasa de un estad inicial a tr final. Las variacines que experimentan estas funcines sól dependen del estad inicial y final del sistema, sea cuál sea el camin de transfrmación. 4.- CALOR, TRABAJO, ENERGÍA INTERNA. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA. 4.1. Primer Principi. Este principi refleja la ley de cnservación de la energía para un sistema termdinámic, y su bjetiv es cntrlar ls intercambis energétics que tienen lugar entre él y su entrn. El primer principi establece que la energía de un sistema se cnserva siempre. Si al experimentar un prces disminuye la energía del sistema debe aparecer una cantidad equivalente de energía en su entrn. Cuand en un sistema cerrad se prduce un aument merma de su energía ttal, implicará necesariamente una merma aument, respectivamente, de la misma cantidad en su entrn. De tdas las psibles frmas de energía que prducen cnsumen las reaccines químicas (calr, trabaj, energía eléctrica, energía luminsa, etc.) en este tema únicamente se van a cnsiderar el calr y el trabaj. De hech, el primer principi de la termdinámica explica cm afectan ls intercambis de calr y trabaj a la energía de un sistema; para ell se emplea una magnitud denminada energía interna que se representa pr U. Cn ests tres cncepts: energía interna (U), trabaj (W) y calr (Q) puede enunciarse el primer principi de la termdinámica cóm: Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 3 de 20

"La variación de la energía interna de un sistema es igual al calr desprendid absrbid pr el sistema mens el trabaj realizad pr sbre el sistema". Algebraicamente: ΔU = Q - W 4.2. Trabaj de expansión de un gas: Para mantener un gas a presión en un cilindr hay que realizar una fuerza F. Si la presión interna del F gas cnsigue vencer la fuerza, el gas se expande y realiza un trabaj que vale W = F l l dnde, F, es la fuerza que se realiza desde el exterir sbre el émbl para mantener el gas a presión y, l, es el F desplazamient del émbl. La presión del gas en el interir, P, es igual al cciente entre la fuerza, F, y la superficie, S, del émbl: F P = S si sustituims la fuerza de la expresión del trabaj se btiene: W P = S l El prduct de la superficie del émbl pr su desplazamient (S l) es el cambi de vlumen que experimenta el sistema cn l que finalmente pdems escribir: W = P V = P (V2 - V 1) que es la expresión del trabaj de expansión de un gas, en la que V 2 es el vlumen final y V 1 el vlumen inicial. 4.3. Criteri de signs: Para que el enunciad del primer principi sea cherente hace falta especificar la dirección en la que fluye la energía, ya sea en frma de calr de trabaj. Para ell se adpta un criteri de signs que debe mantenerse siempre. Q>0 W<0 Cmpresión Calr Sistema Traball Q<0 W>0 Expansión El criteri prpuest se fundamenta en las siguientes apreciacines: Cuand el sistema cede calr al exterir su energía ttal disminuye, la variación de energía interna debe ser negativa ( U<0) y pr l tant el calr debe ser negativ. Per si el sistema absrbe calr del entrn su energía ttal aumenta ( U>0), pr cnsiguiente, este calr debe ser psitiv. Cuand el sistema se expande realiza trabaj sbre su entrn a csta de su energía ttal, que debe disminuir ( U<0). Cm en la expresión del primer principi el trabaj tiene sign negativ, el trabaj de expansión debe ser psitiv. Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 4 de 20

En una cmpresión, la energía ttal aumenta ( U>0) y, cm en la expresión del primer principi el sign del trabaj es negativ, en una cmpresión también debe ser negativ. 4.4. Cmentaris sbre la energía interna: Expansión V 2 >V 1 P V>0 U<0 Cmpresión V 2 <V 1 P V<0 U>0 La energía interna de un sistema, U, es la suma de tdas las energías cntenidas en dich sistema. Se cnsidera que la energía ttal de un sistema gases es la suma de las energías cinéticas de sus mléculas: U = E t + E r + E v + E e + E n Se puede apreciar que hay términs debids a la energía cinética de las mléculas, energías de traslación, rtación y vibración, y términs debids a la energía ptencial, cm la atracción electrstática entre las mléculas, y hasta términs debids a las fuerzas nucleares. La energía interna de un sistema (U) es una función de estad, y su valr abslut es descncid; el únic que se puede hacer es medir su variación cuand en el sistema termdinámic se prduzca una transfrmación. A esta variación se le llamará variación de energía interna ( U). 5.- CALORES DE REACCIÓN A VOLUMEN CONSTANTE Y A PRESIÓN CONSTANTE. ENTALPÍA Y SU VARIACIÓN. DIAGRAMA ENTÁLPICO. En una reacción química U representa la diferencia de energía interna entre su estad final (prducts) y su estad inicial (reactivs), cn l que el primer principi se puede expresar: U = Uprducts - Ureactivs = Q - W Ls valres de Q y W se refieren a ls efects de calr y trabaj que acmpañan a una reacción química. Aunque el primer principi puede aplicarse a una reacción en cualquiera estad, sin limitación alguna, en este cas ns referirems a ds cass especialmente sencills: al cálcul de U cuand el vlumen permanece cnstante ( U v ) y al cálcul de U cuand la presión permanece cnstante ( U p ), siend este segund cas l que más ns interese. 5.1. Transferencia de calr a vlumen cnstante: En este cas, cm n hay variación de vlumen, el trabaj es nul, cn el que la expresión del primer principi queda: ΔU = Q v dnde Q v es el intercambi de calr a vlumen cnstante. Esta cndición se da cuánd llevams a cab a reacción en una bmba calrimétrica en la que n puede haber cntracción dilatación del sistema. En ls prcess a vlumen cnstante, el valr del calr medid en la bmba calrimétrica da directamente la variación de la energía interna, U, para la reacción que se está a estudiar. El calr absrbid desprendid en una reacción química a vlumen cnstante (Q v ) es igual a la variación de energía interna del sistema. Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 5 de 20

Si Q>0 U aumenta Si Q<0 U disminuye 5.2. Transferencia de calr a presión cnstante. Cncept de entalpía. La mayría de las reaccines se realizan a presión cnstante, ya que en ls labratris se trabaja a menud en recipientes abierts, l que es l mism, a presión atmsférica. Casi tds ls prcess que vams estudiar sn de este tip. Para calcular el intercambi de calr asciad a una reacción a presión cnstante, se emplea también el primer principi. En ls prcess a presión cnstante es frecuente que a medida que transcurre la reacción exista un pequeñ cambi de vlumen, que prducirá un trabaj de expansión: W = P V siend V = V prducts - V reactivs, cn l que el primer principi tma la frma: U = Qp - P V dnde Q p = variación de calr a presión cnstante. El calr Q p se puede despejar en la ecuación: = U + P V Q p Desarrlland esta expresión: Qp = (U2 - U 1) + P (V2 - V 1) y si se agrupan ls términs crrespndientes a ls estads inicial y final se btiene: Qp = (U2 + P V 2) - (U1 + P V 1) P V tiene dimensines de energía y sumada a la energía interna U ns dará una nueva energía que llamarems entalpía y que representarems pr H: H = U + P V que sustituida en la ecuación anterir ns da el calr intercambiad en una reacción a presión cnstante: = H2 - H = H Qp 1 La entalpía, H, es tra frma de medir la energía de un sistema; H 2 y H 1 sn ls valres de la energía calrífica del sistema en ls estads final e inicial, y su diferencia, H, representa el calr transferid pr el sistema en cualquiera prces que tenga lugar a presión cnstante. La entalpía es una función de estad, e igual que le curría a la energía interna, n se pde medir su valr abslut, sól se pde medir su variación (en prcess a presión cnstante). Si H 2 >H 1 H>0 Q p >0 el sistema absrbe calr, lueg el prces es endtérmic. Se H 2 <H 1 H<0 Q p <0 el sistema desprende calr, lueg el prces es extérmic. 5.3. Entalpía de una reacción; diagramas entálpics. Cm la entalpía es una función de estad, cuand un sistema evlucina desde un estad inicial a tr final, su variación de entalpía se expresa cóm: H = Hfinal - Hinicial En el cas de una reacción química el estad inicial sn ls reactivs y el estad final sn ls prducts, pr l tant la variación de entalpía de una reacción será: Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 6 de 20

ΔHreacción = ΣHprducts - ΣHreactivs Si H p >H r, H>0 Q p >0, (el sistema absrbe calr) la reacción es endtérmica. Si H p <H r, H<0 Q p <0, (el sistema desprende calr) la reacción es extérmica. La variación de entalpía de una reacción se puede expresar graficamente cn ayuda de ls diagramas entálpics, en ls que se representa sbre una escala de energías la entalpía de reactivs y prducts. Al n pderse cncer el valr abslut, la escala de entalpías (en rdenadas) tiene un rigen arbitrari. La figura (a) H Prducts H Reactivs representa el diagrama entálpic para una reacción endtérmica, y la (b) para una reacción extérmica. Reactivs (a) Reacción endtérmica Prducts (b) Reacción extérmica 5.4. Ecuacines termquímicas: En termquímica, para representar una reacción, además de indicar ls ceficientes estequimétrics se indica el estad (sólid, líquid gas) de cada una de las substancias. También debe incluirse el intercambi de calr (ganancia pérdida) que tiene lugar en el prces. Esta frma de representar la ecuación recibe el nmbre de ecuación termquímica. La inclusión del calr intercambiad en el prces se pde hacer de ds maneras: pniend explícitamente el calr, pniend el valr que para ese prces tiene H U. En este últim cas pdems saber, además, si el prces curre a presión a vlumen cnstante. Ejempl: C (s) + O2 (g) CO2 (g) + 393,5 kj/ml C (s) + O2 (g) CO2 (g) ΔH = -393,5 kj/ml 6.- DETERMINACIÓN DE CALORES DE REACCIÓN POR MEDIDAS CALORIMÉTRICAS. Las reaccines químicas pueden realizarse dentr de un recipiente herméticamente cerrad, indefrmable mecánicamente, de paredes rígidas que impidan cualquier variación de vlumen del sistema en el transcurs de las mismas. Si las paredes del recipiente permiten el pas libre de calr a través del mism, la cantidad de calr intercambiad cuand tiene lugar la reacción química se llama calr de reacción a vlumen cnstante. Ests calres de reacción a vlumen cnstante se miden mediante dispsitivs cm el de la figura llamads bmba calrimétrica. Para medir un calr de cmbustión la muestra pesada se intrduce en un crisl (que se intrduce a su vez en la bmba) y se quema cmpletamente en xígen a presión. La muestra se calienta mediante un filament de ignición de hierr, que se pne incandescente cuand se pasa una crriente eléctrica prcedente de una batería. El calrímetr está aislad mediante un mant aislante térmic. La temperatura del fluíd calrimétric se mide cn el termómetr. A partir del Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 7 de 20

cambi de temperatura y habida cuenta la cantidad de calr añadid a través del filament, se puede calcular el calr de reacción. Este mism prces se puede realizar en un recipiente dtad de una pared móvil, sbre la que actúa una presión cnstante (en general la atmsférica). Después de restablecida la temperatura inicial, terminada la reacción, a veces se bserva que el vlumen inicial n es igual al vlumen final, pues el númer de mles de gas de ls reactivs n tiene que cincidir cn el númer de mles de gas de ls prducts. Supniend cmprtamient ideal de ls gases que participan en la reacción pdems establecer que: Q p = Q v + P V Q p = Q v + nrt 6.1. Cóm pdems hacer medidas calrimétricas en un calrímetr? Un calrímetr es un aparat que ns va a permitir calcular calres de reacción, que pr ser a presión cnstante serán entalpías. Su cnstrucción debe garantizar que el calr n salga del mism, aunque el mism pueda absrber cierta cantidad de calr. En un calrímetr: Pues se cnserva la energía. Q cedid + Q absrbid = 0 El calr cedid absrbid pr una sustancia l pdems calcular a partir de Q = m c T dnde m es la masa, c el calr específic y T la variación de la temperatura. El calrímetr también absrberá una cierta cantidad de calr que debems calcular para cada calrímetr. Q = C cal T dnde C cal es la capacidad calrífica del calrímetr. 6.2. Cóm determinar la capacidad calrífica del calrímetr? Intrducims una cierta cantidad de agua en el calrímetr a temperatura ambiente, el calrímetr tambien estará a esta temperatura, que llamarems T f. Calentams tra cantidad de agua y medims su temperatura, que llamarems T c. Intrducims rápidamente esta cantidad de agua en el calrímetr. Medims la temperatura que llamarems T eq. El calr cedid pr el agua caliente debe cincidir cn el calr absrbid pr el agua fría y el calrímetr. Q ced H 2 O caliente + Q abs H 2 O fría + Q abs calrímetr = 0 m C H2O cal c = H2O m (T eq H2O c T ) + m' c H2O (T eq H2O T ) (T c eq c H2O m' T ) f (T H2O eq c T ) + C f H2O (T eq cal (T T ) f eq T ) = f 0 Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 8 de 20

Este valr l cnservarems para tdas las experiencias cn ese calrímetr. 6.3. Cóm determinar un calr de dislución? Añadims una cantidad de agua al calrímetr y medims la temperatura. Lueg medims una masa de sal y la añadims al calrímetr. Agitams hasta la dislución cmpleta. Medims la temperatura de equilibri y realizams ls cálculs: Q cedid + Q absrbid = 0 Q cedid pr la reacción + Q absrbid pr la dislución + Q absrbid pr el calrímetr = 0 Q Q R R + = m dis m c dis H2O c (T H2O eq (T T ) + eq f C T ) f cal C (T cal eq (T T ) = 0 eq f T ) f El calr específic de la dislución pdems asimilarl al calr específic de agua sin cmeter much errr para dislucines diluidas. c H2O = 4,18J/g ºC 7.- ENTALPÍA DE REACCIÓN. La variación de entalpía que se prduce durante una reacción a presión cnstante se puede expresar cm la diferencia entre las entalpías de ls prducts y las entalpías de ls reactivs. ΔH reacción = Σ H prducts - Σ H reactivs Per n pdems cncer las energías abslutas asciadas a cada sustancia. Ya l vims también para el cas de la energía interna. Cóm calcular entnces las entalpías de las reaccines? Tenems cuatr frmas de hacerl: 1. Mediante medidas calrimétricas. 2. Mediante la ley de Hess. 3. Mediante entalpías de frmación. 4. Mediante entalpías de enlace. 8.- LEY DE HESS. La entalpía es una función de estad y su variación H a presión cnstante sl depende de ls estads inicial y final, per n de ls intermedis pr ls que transcurre la reacción. Basándse en esta prpiedad, Germain Henri Hess (suiz, 1802-1850) frmuló en 1840 el principi que lleva su nmbre: Cuand una reacción química puede expresarse cm suma algebraica de tras, su calr de reacción es igual a la suma algebraica de ls calres de las reaccines parciales. En muchs cass n es psible determinar experimentalmente la entalpía de reacción de un prces; cm pr ejempl la entalpía de frmación del CO, n es medible en un calrímetr. En ests cass la ley de Hess es especialmente útil: C (s) + 1/2O 2(g) CO (g) H R =? Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 9 de 20

A C (s) + O 2(g) CO 2 (g) H A = 393,1 kj B CO (g) + 1/2O 2(g) CO 2(g) H B = 282,7 kj A partir de estas ds reaccines pdems calcular el calr de la primera. Tendrems que clcarlas de frma que sumadas ns den la que buscams, l mism que hacems cn las ecuacines l hacems cn ls calres. Cm clcarlas? Buscams en ellas la sustancia clave que aparece en la ecuación prblema, esa sustancia la clcams en la misma psición y cn el mism ceficiente: A C (s) + O 2(g) CO 2 (g) H A = 393,1 kj B CO (g) + 1/2O 2(g) CO 2(g) H B = 282,7 kj La ecuación A la dejams tal cual, pues el carbn aparece cm reacctiv y cn ceficiente 1. Per la B la invertims pues el CO aparece cm reactiv y en la ecuación prblema cm prduct aunque cn el mism ceficiente. L mism que hacems cn las ecuacines l hacems cn ls calres. A C (s) + O 2(g) CO 2 (g) H A = 393,1 kj B CO 2(g) CO (g) + 1/2O 2(g) H B = +282,7 kj C(s) + 1/2O 2 (g) CO(g) H R = H A H B = 110,4 kj Sumams y cmprbams que n da la ecuación prblema, l mism hacems cn ls calres. EJEMPLO 1: Sabiend que el calr de cmbustión del H 2(g) es 284,5 kj/ml, el calr de cmbustión del C (s) es 391,7 kj/ml, el calr de cmbustión del gas prpan es 2210,8 kj/ml y el calr de hidrgenación del gas prpen es 123,3 kj/ml, tds a 25ºC y 1 atm, y resultand líquida el agua que se pueda frmar. Calcula el calr de frmación del prpen en las mismas cndicines. 3 C (s) + 3 H 2(g) CH 3 CH=CH 2(g) H R =? A H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (l) H A = 284,5 kj B C (s) + O 2(g) CO 2(g) H B = 391,7 kj C CH 3 CH 2 CH 3(g) + 5 O 2(g) 3 CO 2(g) + 4 H 2 O (l) H C = 2210,8 kj D CH 3 CH=CH 2(g) + H 2(g) CH 3 CH 2 CH 3(g) H D = 123,3 kj 4A 4 H 2(g) + 2 O 2(g) 4 H 2 O (l) 4 H A = 1138 kj 3 B 3 C (s) + 3 O 2(g) 3 CO 2(g) 3 H B = 1175,1 kj D CH 3 CH 2 CH 3(g) CH 3 CH=CH 2(g) + H 2(g) H D = +123,3 kj C 3 CO 2(g) + 4 H 2 O (l) CH 3 CH 2 CH 3(g) + 5 O 2(g) H C = +2210,8 kj Suma = 3 C (s) + 3 H 2(g) CH 3 CH=CH 2(g) H R = +21kJ La C la inviert para eliminar el prpan, y la A la multiplic pr 4 y n pr 3 para cmpensar el H 2 que aparece en la D. Para sumar eliminams ls reactivs y prducts que se repiten. Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 10 de 20

9.- ENTALPÍA NORMAL DE FORMACIÓN. Otra frma de pder calcular la entalpía de una reacción pdría ser tabuland ls valres de la entalpía de cualquier reacción. Per cm te puedes imaginar est es pc mens que misión impsible. Si se tuviera que tabular la H para tdas y cada una de las miles de reaccines que se pueden realizar a presión cnstante, seguramente n encntraríams siti para almacenar tanta infrmación. Un cmpuest determinad puede intervenir en miles de reaccines químicas per sól se tabula una de ellas; aquella en la que se frma este cmpuest a partir de sus elements en el estad de agregación (sólid, líquid gas) en el que se encuentran en las cndicines habituales de labratri (cndicines estándar): presión de 1 atm y temperatura de 298 K (25ºC). A las entalpías de ls elements, en el estad de agregación más estable en las cndicines anterires, se les asigna el valr cer pr la prpia definición de entalpía de frmación. La entalpía nrmal de frmación de un cmpuest en cndicines estándar, también 0 denminada calr de frmación, se representará pr H f, y se define cm: el cambi de entalpía, H, que tiene lugar cuand se frma un ml de cmpuest a partir de ls elements que l cnstituyen en sus estads de agregación más estables en cndicines estándar. La entalpía es una frma de energía, pr l tant es una magnitud extensiva que depende de la masa del sistema; pr esta razón, al definir la entalpía de frmación se especifica que se refiere a la frmación de un ml de cmpuest. Ejempls: Ag (s) + 1/2 Cl 2(g) AgCl (s) H = - 127 kj/ml 1/2N 2(g) + 1/2 O 2(g) NO (g) H = 90,4 kj/ml 1/2 N 2(g) + 3/2 H 2(g) NH 3(g) H = - 46,0 kj/ml Si bservas la mayría de ls calres de frmación en cndicines estándar en una tabla cmprbarás que sn negativs, pr l que dichs prcess serán extérmics, y las descmpsicines de ls cmpuests serán, pr cnsiguiente, endtérmicas. 9.1. Cálcul de la entalpía de reacción a partir de las entalpías de frmación. Cm se indicó anterirmente de frma genérica la variación de la entalpía de una reacción es: ΔHreacción = Σ Hprducts - Σ Hreactivs Ahra estams capacitads para realizar el cálcul de la entalpía de una reacción en cndicines estándar de frma exacta, ya que aunque n cncems las entalpías abslutas si pdems asciar a cada sustancia su entalpía de frmación en las cndicines estándar. Las entalpías de frmación en dichas cndicines crrespnden a la frmación de un ml de sustancia; pr es, al ser la entalpía una magnitud extensiva, cuand en la ecuación ajustada ls ceficientes de las sustancias que intervienen en la reacción sean diferentes de 1, será precis multiplicar las entalpías de frmación pr ls ceficientes estequimétrics para calcular la entalpía de la reacción. La entalpía de reacción en cndicines estándar se puede escribir cm: ΔH reacción = Σ n p ΔH f prducts - Σ n r ΔH f reactivs dnde: n p y n r sn ls ceficientes estequimétrics de ls prducts y de ls reactivs. Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 11 de 20

Esta ecuación es una aplicación de que la entalpía es una función de estad, y pr l tant de la ley de Hess. EJEMPLO 2: Calcula la entalpía nrmal para la reacción de cmbustión del etanl C 2 H 5 OH (l) Ajustams la reacción: C 2 H 5 OH (l) + 3 O 2(g) 2 CO 2(g) + 3 H 2 O (l) Dad que: ΔH reacción = Σ np ΔH f - prducts Σ nr ΔH f reactivs y que Hº f [O 2(g) ] = 0 Hº R = 2ml Hº f [CO 2(g) ] + 3ml Hº f [H 2 O (l) ] - 1ml Hº f [C 2 H 5 OH (l) ] = = 2ml (-393,7kJ/ml) + 3ml (-285kJ/ml) - 1ml(-277kJ/ml) = -1365,4 kj 10.- LAS ENERGÍAS DE LOS ENLACES Y SU RELACIÓN CON EL CALOR DE REACCIÓN. A veces n se cncen las entalpías de frmación 0 H f de determinads cmpuests y en trs cass aparecen valres negativs de H tan grandes que hacen pensar que la reacción de frmación de ese cmpuest es tan fuertemente extérmica que el cmpuest debe ser muy estable, per, qué pasará cn aquells cmpuests en ls que la H de frmación es psitiva? Pr qué se dan estas diferencias entre uns cmpuests y trs? Hay alguna prpiedad fundamental entre ls reactivs y ls prducts que determine la magnitud de H? A tdas estas preguntas se pde respnder a nivel mlecular en términs de una nueva magnitud llamada energía de enlace entalpía de enlace, que se define cm: el fluj de calr cuand se rmpe un ml de enlaces en estad gases a presión cnstante. La entalpía de enlace siempre es psitiva, ya que es la energía que absrbe la mlécula cuand rmpe un de sus enlaces químics. El cncept de energía de enlace ns ayuda a entender pr que algunas reaccines sn extérmicas y tras endtérmicas, pues si ls enlaces de las mléculas de ls prducts sn más fuertes que ls enlaces de las mléculas reaccinantes, la reacción será extérmica, ya que: Enerxía Enlaces rts 2H 2 + O 2 4H + 2O Enerxía Enlaces frmads 2H 2 O ΔHreacción = Σ n ΔHenlaces rts - Σ m ΔHenlaces frmads En el cas de que se pase de enlaces débiles en ls reactivs a enlaces más fuertes en ls prducts, se prducirá un desprendimient de energía y H será negativa, pr l que la reacción será extérmica. Ls valres de las entalpías de enlace sn valres medis calculads a partir de diferentes cmpuests. Pr l tant serán valres aprximads, aunque siempre será mejr tener un valr aprximad de una magnitud que n tener ningun. El cálcul de las entalpías de reacción a partir de las entalpías de enlace es especialmente interesante en ls cmpuests rgánics, debid al inmens númer de ests que hace que n se dispnga de las entalpías de frmación de muchs cmpuests, además de paseer muy pcs tips de enlace, así que cn una tabla pequeña de entalpías de enlace tabuladas pdems calcular muchísimas Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 12 de 20 H H

entalpías de reacción. Para el cálcul será fundamental cncer ls enlaces que se dan en ls cmpuests, para l cual ayuda cncer las frmulas desarrlladas de ls cmpuests que frman la reacción. EJEMPLO 3: Calcula la ΔHcmbustión a 298K del prpan CH 3 CH 2 CH 3 a partir de ls siguientes dats: ΔHº(C C)=348, ΔHº(C H)=413, ΔHº(O H)=463, ΔHº(O=O)=495, ΔHº(C=O)=802 tds ls valres en kj/ml C 3 H 8(g) + 5 O 2(g) 3 CO 2(g) + 4 H 2 O (g) Dibujams las fórmulas desarrlladas: O H H H O O H O C O O O H O H C C C H + O O O C O + O H H H O O O C O H O O H O H H H H ΔH reacción = Σ n ΔH enlaces rts - Σ m ΔH enlaces frmads ΔHº R = 8ml ΔHº(C H) + 2ml ΔHº(C C) + 5ml ΔHº(O=O) 6ml ΔHº(C=O) 8ml ΔHº(O H) = = 8ml 413kJ/ml + 2ml 348kJ/ml + 5ml 495kJ/ml 6ml 802kJ/ml 8ml 463kJ/ml = 2041kJ Cuand utilizams entalpías de frmación el resultad fue de 2044,5 kj, es un resultad aprximad, per será de gran utilidad cuand n tengams dats de entalpías de frmación, n pdams calcular experimentalmente dicha entalpía. 11.- ESPONTANEIDAD DE LOS PROCESOS QUÍMICOS. DESORDEN DEL SISTEMA. CONCEPTO DE ENTROPÍA. Teniend en cuenta l estudiad anterirmente pdems llegar a la siguiente cnclusión: desde el punt de vista energétic, existen ds tips de reaccines principales: a) Las que desprenden calr al frmarse ls prducts a partir de ls reactivs mediante una transfrmación química, es decir, sn extérmicas y, pr l tant, energeticamente favrables. b) Aquellas en las que necesitams un aprte cntinu del exterir para que se puedan realizar, pues nunca se alcanza un mínim energétic, y en principi n serán favrables desde este punt de vista. Sn endtérmicas. Ahra bien, parece que el factr energétic n es el únic que interviene en la espntaneidad de una reacción, pues existen en la naturaleza reaccines energeticamente desfavrables (endtérmicas), que tienen lugar de una manera espntánea, cm pr ejempl la fusión del hiel y la evapración del Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 13 de 20

agua. De igual manera, la dislución de la sal cmún en agua es un prces endtérmic que transcurre espntáneamente: NaCl (s) + H 2 O (l) Cl (aq) + Na + (aq) ; H = 3,9 kj También se descmpne espntáneamente el carbnat de amni en hidrxencarbnat de amni y amniac: (NH 4 ) 2 CO 3 (NH 4 )HCO 3 + NH 3 ; H = 40 kj Pr l tant, el factr energétic n será el únic que deba tenerse en cuenta cuand se trate de predecir si una reacción química va a tener lugar de manera espntánea n. Para cmprender algunas de las cndicines que determinan si un prces puede n realizarse, es útil bservar algunas transfrmacines que se realizan espntáneamente sin aprte energétic exterir. Ejempls de estas transfrmacines sn: la expansión de un gas en un espaci vací la difusión de ds gases dentr de un recipiente hasta que la mezcla sea hmgénea la dislución de un sólid en agua la cnductividad de calr a l larg de una barra de metal que tiene un extrem caliente y el tr frí Una característica fundamental de ests prcess es que n se invierten pr sí sls. Para que se inviertan se requiere la acción de un agente extern, es decir, ls prcess espntánes n sn termdinamicamente reversibles (prcess irreversibles); el cncimient de este hech experimental fue la base del segund principi de la Termdinámica: Para que un prces sea reversible, el camin desde l estad inicial al final debe implicar una sucesión de estads de equilibri. En cualquier instante el prces puede ser detenid invertid mediante una variación infinitesimal de una variable de estad. El tr factr a cnsiderar en una reacción es la entrpía, función de estad, extensiva y que desde el punt de vista cualitativ mide el grad de desrden de un sistema. Ls cuerps muy desrdenads tienen una elevada entrpía; pr el cntrari, ls cuerps sistemas muy rdenads pseen baj cntenid entrópic. Est hace que, cuand un sólid funde, se evapra se disuelve, sus mléculas aumentan la capacidad de mverse (aumentan ls grads de libertad), direms que están más desrdenadas, l que es equivalente, su entrpía aumenta. Prcess irreversibles: En la naturaleza hay prcess que partiend de una situación inicial transcurren en un sentid, sin que se pueda recuperar la situación inicial, a n ser que intervenga un agente extern. Si se intercnectan ds recipientes que cntienen gases diferentes, al transcurrir el tiemp y sin necesidad de ninguna acción exterir, ls gases se cmbinan hasta cnvertirse en una mezcla hmgénea. Pr el cntrari, ds gases que frmen una mezcla hmgénea nunca se van a separar, pr much tiemp que se deje evlucinar el sistema. Prcess reversibles: Otrs prcess transcurren a través de una sucesión de estads de equilibri, de suerte que en cualquier instante se pueda invertir el prces y hacerl evlucinar en sentid cntrari hasta el estad inicial. El Segund principi de la Termdinámica ns dice que: en un prces reversible la entrpía es cnstante per, si es irreversible, la entrpía aumenta. Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 14 de 20

En un sistema aislad, que n puede intercambiar cn el entrn ni materia ni energía, es psible un cambi si ell supne un aument de entrpía; sin embarg, la evlución del sistema se detiene cuand la entrpía es máxima. Un sistema cerrad, que n intercambia materia cn el entrn, per sí energía, puede evlucinar de ds maneras: a) Mediante un prces reversible en el cual la entrpía ganada perdida pr el sistema debe cincidir cn la perdida ganada pr el entrn: S sistema = S entrn S ttal = 0 Prces isentrópic b) Mediante un prces irreversible en el cual se incluyen la mayría de ls prcess que transcurren espntáneamente, ya que el sistema evlucina hacia un mayr desrden, l que supne un aument de entrpía, S>0. Ambs cass ls pdems resumir cn la expresión: S 0 Cuantitativamente, la variación de entrpía de un sistema que pasa de un estad inicial a un estad final mediante un prces reversible se define pr: Y si el prces es irreversible: S = Q S > T dnde en ambs cass Q es cantidad de calr intercambiad pr el sistema, S es la variación de entrpía entre ls estads inicial y final, y T es la temperatura absluta a la que se prduce la transfrmación. Aunque la termdinámica n hace supsicines acerca de la estructura de la materia, puede mejrarse nuestra cmprensión de las funcines termdinámicas si tratams de interpretarlas en términs de las prpiedades mleculares. Sabems que la presión de un gas resulta de las clisines mleculares cn las paredes del recipiente, que la temperatura es un parámetr que expresa la energía cinética prmedi de las mléculas, y que la energía interna cnsiste en las energías cinética y ptencial de tds ls átms, mléculas, electrnes y núcles de un sistema. Qué prpiedad mlecular refleja a entrpía? Existen ds maneras de describir el estad de un sistema termdinámic: la descripción macrscópica dada pr ls valres de las funcines de estad, tales cm P, V y T, y la descripción micrscópica que implicaría dar la psición y velcidad de cada átm del sistema. Pensems para un ml la cantidad tan inmensa de infrmación que necesitaríams, y est sl para un instante. Cuand bservams cualquier sistema termdinámic en un estad de equilibri macrscópic, su estad micrscópic está cambiand a una velcidad enrme. A pesar de esta actividad mlecular, las prpiedades de un estad macrscópic permanecen cnstantes. Est debe significar que existen muchs estads micrscópics cmpatibles cn cualquier estad macrscópic. La entrpía es una medida del númer de estads micrscópics asciads cn un estad macrscópic particular. Para explrar este punt utilicems una baraja de cartas cm un símil de un sistema termdinámic. Existen ds estads macrscópics distints de la baraja: está "rdenada", cn las cartas en alguna secuencia nrmal; está "desrdenada", cn las cartas en una secuencia al azar. Pdems ver que sól hay un estad micrscópic "rdenad". Per existen muchs estads micrscópics asciads cn el estad macrscópic "desrdenad", prque hay muchas secuencias al Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 15 de 20 Q T

azar para las cartas. Puest que la entrpía mide el númer de estads micrscópics del sistema, y aumenta cn dich númer, pdems decir que el estad desrdenad tiene una entrpía más alta que el estad rdenad. Empleand este análisis pdems ver pr qué una baraja de cartas cambia de un estad macrscópic rdenad a un estad desrdenad cuand las cartas sn barajadas. Puest que hay más estads micrscópics asciads cn el estad macrscópic desrdenad, para la baraja es simplemente más prbable ir a parar a una situación de mayr desrden. Si aplicams este raznamient a la cnducta de ls sistemas termdinámics, pdems ver que la entrpía tiene una tendencia natural hacia el aument, dad que est crrespnde al cambi de ls sistemas desde las cndicines de baja prbabilidad a ls estads de mayr prbabilidad. Pr qué ests estads desrdenads sn más prbables que ls estads rdenads? La respuesta está en l que realmente entendems pr desrden. Un sistema desrdenad es aquel del cual tenems una cantidad relativamente pequeña de infrmación referente a su estad micrscópic exact. La razón pr la cual carecems de este cncimient detallad es que el sistema tiene muchs estads micrscópics asciads a él, y l mejr que pdems hacer es supner que en cualquier instante él está en algun de ls misms. Si slamente fueran psibles uns cuants estads micrscópics, pdríams ser capaces de hacer una cnjetura exacta de aquel en el que estaba el sistema y, siend así, hacer una descripción detallada de las psicines y velcidades de las mléculas. De este md, un sistema "desrdenad" es aquel que tiene un númer relativamente grande de estads micrscópics asciables la él, y est es el prqué de que un estad desrdenad sea más prbable que un estad rdenad. Cuand hablams de la entalpía encntrams útil seleccinar a un ciert estad de la materia y asignarle una entalpía de frmación definida. Nuestra decisión de que la entalpía de frmación de tds ls elements en sus estads estándar sea cer se basa slamente en la cnveniencia. A cualquiera tr estad de ls elements se le pdría asignar la entalpía cer. En el cas de la entrpía el cas es diferente, prque la asciación de la entrpía cn el númer de estads micrscópics dispnibles para un sistema sugiere una selección natural de la entrpía cer. En un cristal perfect, en el cer abslut, hay un sl estad micrscópic psible. Cada átm debe estar en un punt de la red cristalina y debe tener una energía mínima. Es así cm pdems decir que éste es un estad de rden perfect, de entrpía cer. Esta imprtante decisión es expresada pr el Tercer principi de la Termdinámica: La entrpía de ls cristales perfects de tds ls elements y cmpuests purs es cer a la temperatura del cer abslut. La tercera ley ns permite asignar una entrpía absluta a cada element y a cada cmpuest, a cualquier temperatura. Para un ml de substancia: T T Cp dt Cp dt ST - S0 = ST = T T 0 Se evaluams esta integral desde 0K hasta 298K, para un ml de sustancia a una atmósfera de presión btenems la entrpía estándar absluta, Sº, que definims cm el valr de la entrpía mlar de una sustancia a la temperatura de 25ºC y presión de una atmósfera. Sus valres ls encntrams tabulads, para las diferentes substancias, en J/mlK. 0 Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 16 de 20

12.- ENTROPÍA DE REACCIÓN. CÁLCULO DE ENTROPÍAS DE REACCIÓN A PARTIR DE DATOS TABULADOS. La entrpía es una función de estad, pr l tant, la variación de entrpía en una reacción química a temperatura cnstante se puede definir cóm: ΔSR = Σ npsp - Σ nrsr Si expresams esta ecuación en función de las cndicines estándar, 25ºC y 1 atm de presión: = S - ΔS R Σ np p Σ nrs r La entrpía estándar de reacción, de manera semejante a cm hicims cn las entalpías, la pdems calcular a partir de ls valres tabulads de las entrpías abslutas. EJEMPLO 4: Calcula la variación de entrpía en la reacción: CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) - ΔS R = Σ nps p Σ nrs r =1ml ΔS R J 39,7 ml k = 1ml S CaO(s) +1ml + 1ml S J 213,8 ml CO2(g) 1ml S CaCO3(s) J 1ml 92,9 =160,6 k ml k El valr psitiv que se btiene para la entrpía en este ejercici se puede predecir analizand el cncept de entrpía. Para evaluar el sign de la entrpía de un prces se debe tener en cuenta que: * Una reacción que rigina un aument en el númer de mles de gas va siempre acmpañada de un aument de entrpía. Si el númer de mles de gas disminuye, S será negativa. * Si en una reacción n intervienen especies gasesas, per existe un aument cnsiderable en el númer de mles de ls prducts respet a ls reactivs, también cabe esperar una S psitiva, tal es el cas de las sustancias hidratadas: CuSO 4 5H 2 O(s) CuSO 4 (s) + 5H 2 O(l) S>0 pues se pasa de un ml en ls reactivs a seis mles en ls prducts. * Si el cambi en el númer de mles n es muy significativ, pdems encntrar S psitivas y S negativas, cm pr ejempl: 2AgI(s) 2Ag(s) + I 2 (s) S = 6,2 PbI 2 (s) Pb(s) + I 2 (s) S = 1,1 13.- CRITERIO DE ESPONTANEIDAD DE UN PROCESO. ENERGÍA LIBRE DE GIBBS. EQUILIBRIO. Una vez intrducid el cncept de entrpía estams en cndicines de n cnfundir la tendencia a la realización de un prces químic, cn el calr intercambiad en el mism, ya que además de este parámetr existe tr tan imprtante cm el grad de desrden del sistema entrpía. Existe una magnitud termdinámica que englba y relacina ambs parámetrs, de una parte el calr intercambiad en el prces, H, y de tra el desrden alcanzad en el mism, S. Esta magnitud se llama energía libre de Gibbs entalpía libre y es, cm H y S, una magnitud termdinámica extensiva y función de estad: Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 17 de 20 = J K

G = H - T S Empleand la energía libre de Gibbs es muy sencill predecir la espntaneidad de ls prcess. Un prces será espntáne cuand G sea negativ, es decir: H - T S < 0 EJEMPLO 5: Calcula la variación de energía libre en la reacción siguiente en cndicines estándar: CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) Calculand la Hº R y la Sº R a partir de ls dats tabulads btenems: Hº R = +177,7kJ/ml Sº R = +160,6J/ml K Utilizand la ecuación de Gibbs: Gº R = Hº R T Sº R = 177,7kJ 298K 0,1606kJ/K = +129,8 kj Deducims de este valr de la energía libre, G>0, que la reacción n es espntánea a la temperatura de 25ºC. Tda reacción que transcurra cn merma de entalpía ( H<0) y aument de entrpía ( S>0) será espntánea y la variación de energía libre, G, siempre será negativa. De igual manera, aquellas reaccines en las que H sea psitiv (endtérmicas) y S sea negativ nunca serán espntáneas, pues G será siempre psitiv. Ahra bien, existen reaccines dnde ls términs entálpic y entrópic están enfrentads, y será la temperatura la magnitud que determine la espntaneidad n del prces. Observems est en un cas cncret, la descmpsición del carbnat de calci: CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) ; H >0 1. H es psitiv, l que indica que la reacción es endtérmica. 2. Se pasa de una mlécula en estad sólid a una mlécula de sólid y tra de gas, cn l que el desrden aumentará, S psitiv. Cm tant H cm T S sn psitivs, el sign de la energía libre G = H - T S dependerá del valr de T: a) Si T es pequeñ, H será >T S, cn l que G será psitiv y el prces nunca será espntáne. b) Si T es grande, H será <T S, cn l que G será negativ y el prces será espntáne. c) Existirá un valr de T en el que se cumpla que H = T S, cn l que G = 0 y el prces se encntrará en equilibri. En el siguiente cuadr se presentan las diferentes alternativas: Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 18 de 20

H S G Observacións Negativa Psitiva Negativa Espntánea a cualquier T, T n influye. Psitiva Negativa Psitiva N espntánea. Ocurre el prces invers. Psitiva Psitiva a T baja Psitiva a T alta Negativa Negativa Negativa a T baja Negativa a T alta Psitiva A T baja n es espntánea, si H>T S A T alta la reacción es espntánea, si T S> H. A T baja será espntánea, si H > T S A T alta n es espntánea, si T S > H Recrdems pr l tant que: Si G < 0 el prces tiene lugar espntáneamente, evlucina pasand de reactivs a prducts. Si G > 0 el prces n es espntáne, y tiene lugar en sentid cntrari pasand de prducts a reactivs. Si G = 0 el prces permanece en equilibri cexistiend reactivs y prducts. EJEMPLO 6: Calcula la temperatura a la cual esta reacción será espntánea: CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) Sabiend que Hº R = +177,7kJ/ml Sº R = +160,6J/ml K en cndicines estándar, y supniend que ests valres n varían apreciablemente cn la temperatura. Si ests valres n varían apreciablemente cn la temperatura pdems calcular a qué temperatura la reacción estará en equilibri, G = 0, ΔGº = ΔHº T ΔSº T = ΔHº ΔSº 0 = ΔHº T ΔSº 177.700J = = 1106,5K = 833,5º C J 160,6 k Cm el términ de la entalpía es psitiv y el de la entrpía negativ, a temperaturas más altas de 833,5ºC el términ de la entrpía será mayr que el términ de la entalpía y así la variación de energía libre será negativa, y pr tant la reacción será espntánea. 14.- ENERGÍA LIBRE NORMAL Y ENERGÍA LIBRE NORMAL DE FORMACIÓN. L mism que pasaba cn las entalpías pasa cn las energías libres, n pdems cncer sus valres absluts. Per pdems tabular ls valres de las energías libres para las reaccines de frmación de cada una de las sustancias que participan en una reacción química. Cm la energía libre Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 19 de 20

es una función de estad pdrems calcular la energía libre de una reacción a partir de las energías libres de frmación. Definirems la energía libre nrmal de frmación de un cmpuest en las cndicines estándar (T = 298K y P = 1atm) cm el cambi de energía libre necesari para frmar un ml de cmpuest a partir de ls elements en estad fundamental en esas cndicines de presión y temperatura. Ests valres de Gº f ls tenems tabulads para las principales sustancias. Al igual que pasaba cn las entalpías las Gº f de ls elements será cer pr definición de energía libre de frmación. 15.- CÁLCULO DE G DE UNA REACCIÓN A PARTIR DE DATOS TABULADOS. Teniend en cuenta que G es una función de estad, que sl depende de ls estads inicial y final, y que tenems tabulads ls valres de la energía libre nrmal de frmación, Gº f,para diferentes cmpuests, pdems calcular su variación en una reacción sin más que sumar las energías libres de ls reactivs y prducts que intervienen en la misma cuand ambs se encuentran en el estad nrmal, es decir, a la presión de 1atm si se trata de gases a la cncentración de 1ml/l para substancias en dislución líquida. La variación de energía libre de una reacción química se define cóm: G R = Σ n p G f p - Σ n r G f r Pdems cncluir que ya estams en cndicines de determinar si una reacción es espntánea n, per es cnveniente distinguir entre espntaneidad y rapidez de una reacción química. Que una reacción sea espntánea significa que existe una tendencia natural para que la reacción se realice, per puede que sea tan lenta, que en la práctica n se aprecie ningún cambi. Así, la cmbustión de la gaslina es espntánea, sin embarg, a mens que se aplique una chispa, la gaslina puede mantenerse en cntact cn el aire durante largs perids de tiemp sin que reaccine. Si una reacción es espntánea per lenta, siempre es psible encntrar medis para acelerar el prces, tales cóm elevar la temperatura emplear un catalizadr. Una reacción espntánea es una reacción termdinamicamente psible. Si una reacción n es espntánea, cm la inversa de la anterir (cnversión de CO 2 y H 2 O en gaslina) jamás existirá un catalizadr que la haga psible. Pr l tant, el cncept de reacción espntánea n espntánea permite al químic ver ls límites de l psible. EJEMPLO 7: Calcula la variación de energía libre en la reacción siguiente en cndicines estándar a partir de dats tabulads de energías libres de frmación: CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) Gº R = Σ n p Gº fp - Σ n r Gº fr = = 1ml Gº f [CaO (s) ]+1ml Gº f [CO 2(g) ]- 1ml Gº f [CaCO 3(s) ]= = 1ml (-604,2kJ/ml)+1ml (-394,6kJ/ml)-1ml (-1128,8kJ/ml)= = 130kJ Carls Alns - www.alnsfrmula.cm Página 20 de 20