Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química

Documentos relacionados
Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química

Laboratorio de Equilibrio y Cinética

EQUILIBRIO EN SISTEMAS

POTENCIALES TERMODINAMICOS. Grupo: Equipo: Fecha: Nombre(s):

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química

1. Probabilidad de que se encuentre en uno de los dos lados del envase depende. Para una partícula. Para dos partículas.

2º Bachillerato EQUILIBRIO QUÍMICO

CRITERIOS DE ESPONTANEIDAD

Bioenergética e Introducción al metabolismo

FUNCIONES DE ESTADO. UNIDAD DE APRENDIZAJE: QUÍMICA ÁREA: PROPEDEÚTICAS Ingeniería Mecánica. Dra. GUADALUPE VÁZQUEZ MEJÍA OCTUBRE 2016

POTENCIALES TERMODINÁMICOS

Fundamentos de la Reactividad

SOLUCIONES QUÍMICA 2º BACHILLERATO HOJA Nº 8 TERMOQUÍMICA. 1.-/ a) 2,45 kj/g. 2.-/ a) 177,7 kj/mol. 3.-/ a) 225,5 kj/mol. 4.

Tema 3. Termodinámica Química

CUESTIONES TERMODIMÁMICA

Tema 12 Termoquímica. Desprende o absorbe calor? Cuánto calor? Criterio de espontaneidad En qué dirección se produce? Reacciones Químicas

Limitaciones de la 1ra. ley de la termodinámica

Termodinámica y Termoquímica

En el transcurso de una reacción química se rompen enlaces de los reactivos y se forman nuevos enlaces que dan lugar a los productos.

BLOQUE IV- SEGUNDA PARTE. Prof. Dr. Mª del Carmen Clemente Jul

POTENCIALES TERMODINÁMICOS

Tema 7 Termodinámica. mica

EQUIVALENCIA CALOR-TRABAJO

Termoquímica. Termoquímica Es la parte de la Química que estudia el intercambio energético de un sistema químico con el exterior.

HOMOGÉNEO y HETEROGÉNEO; CONTINUO

1. Primer principio de la termodinámica.

TERMODINÁMICA - PREGUNTAS DE TEST

FÍSICA APLICADA Y FISICOQUÍMICA I. Tema 1. Conceptos básicos de la Termodinámica

TEMA 13: Termodinámica

EQUIVALENCIA CALOR-TRABAJO. Elaborado por M en C Omar Hernández Segura

Paso 2: Escribir las correspondientes semireacciones sin ajustar y. Paso 3: Ajustar en cada semireacción todos los elementos a

Bloque 4: Transformaciones energéticas y espontaneidad de las reacciones químicas

TERMODINÁMICA CAPÍTULO 7

Unidad 4 Termoquímica

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química

PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PARA ALUMNOS DE BACHILLERATO LOE

Calor: energía transferida debida únicamente a diferencias de temperatura

Sistemas electroquímicos

Capítulo 17 Energía Libre y Termodinámica

6. ESPONTANEIDAD DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

TERMODINÁMICA QUÍMICA

Lección: Segundo principio de la termodinámica

Primera Ley de la Termodinámica

Página 1

1.- Espontaneidad. Necesidad de una segunda ley. 2.- Segundo principio de la Termodinámica. Entropía. 3.- Cálculos de entropía. 4.

Trabajo práctico N 4. Termodinámica I

PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD PARA ALUMNOS DE BACHILLERATO LOE

Equilibrio y cinética: Criterios de espontaneidad y equilibrio

Un proceso termodinámico ocurre cuando un sistema termodinámico evoluciona de un estado a otro. El proceso termodinámico puede ser:

Entropía, Energía Libre, y Equilibrio

Es una parte pequeña del universo que se aísla para someterla a estudio. SISTEMAS = Conjunto de Sustancias químicas (reactivos y productos)

C/ Fernando Poo 5 Madrid (Metro Delicias o Embajadores).

Módulo 1 Termodinámica

PROBLEMAS RESUELTOS SELECTIVIDAD ANDALUCÍA 2008 QUÍMICA TEMA 4: ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

CASTILLA LA MANCHA / JUNIO 03. LOGSE / QUÍMICA / OPCIÓN A / EXAMEN COMPLETO

3. LEY DE HESS. Una reacción química es un proceso en el que unos átomos que estaban unidos se separan y se unene a otros.

Tema 5. Oxidación Reducción. Prof(a). María Angélica Sánchez Palacios

Sistema homogéneo de composición constante (cerrados)

Un proceso no espontáneo no se produce a menos que se aplique de forma continua alguna acción externa

Tema 3: Termoquímica. Termoquímica Conceptos básicos Primer principio Entalpía Ley de Hess Segundo principio

Energética y cinética química: Intercambios de energía en las reacciones químicas. Intercambios de energía en las reacciones químicas

Tema 3. Termodinámica de Procesos Electroquímicos

TERMOQUÍMICA. + q W SISTEMA. - q W + = = = =

ΔS > 0 aumento del desorden. ΔS < 0 disminución del desorden.

Unidad 8 Reacciones de oxidaciónreducción

TERMODINÁMICA. Química de 2º de Bachillerato. Dpto. de Física y Química 1

Electroquímica UNIDAD XII-B QUIMICA- CPAM. 2017

TERMODINÁMICA - PREGUNTAS DE TEST (2015)

H r < 0 reacción exotérmica

Fundamentos de Química 1º Curso de los Grados en Ingeniería de los Recursos Energéticos y de los Recursos Mineros

Un área importante en el estudio de las ciencias es la Termodinámica y un aspecto de este estudio, relacionado con los cambios químicos, es la

Problemas de Química propuestos en las P.A.U. Cinética Química

TERMOQUÍMICA MICA. Química 2º 2 bachillerato

PROBLEMAS RESUELTOS SELECTIVIDAD ANDALUCÍA 2016 QUÍMICA TEMA 4: ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

Prof(a). María Angélica Sánchez Palacios

PROBLEMAS RESUELTOS SELECTIVIDAD ANDALUCÍA 2002 QUÍMICA TEMA 4: ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE CIENCIAS ESCUELA DE QUÍMICA. Problemas resueltos de entalpia, entropía y energía libre de Gibbs.

Unidad 1. 2º Bachillerato Química Colegio Hispano Inglés S.A. TERMOQUÍMICA

PROBLEMAS RESUELTOS SELECTIVIDAD ANDALUCÍA 2007 QUÍMICA TEMA 4: ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

ESPOL-FCNM-DCQA SEGUNDO TERMINO QUIMICA GENERAL 2 SEGUNDA EVALUACION SOLUCION DEL EXAMEN PROPUESTA POR: LUIS VACA S AYUDANTE ACADEMICO

TEMA V. VELOCIDAD DE REACCIÓN. EQUILIBRIO QUÍMICO

Tema 4. TERMOQUÍMICA

TEMA 2 TERMODINÁMICA

PROBLEMAS RESUELTOS SELECTIVIDAD ANDALUCÍA 2005 QUÍMICA TEMA 4: ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

Termodinámica. termodinámica termodinámica

PRACTICA 1 TERMODINÁMICA

Termodinámica Ciencia que estudia las variaciones de energía que acompañan a los procesos físicos y químicos.

TERMOQUÍMICA. Equivalente mecánico del calor, relaciona el trabajo con el calor. W. julios. La energía total de un sistema aislado permanece constante

IES Atenea (S.S. de los Reyes) Departamento de Física y Química. PAU Química. Junio Fase general OPCIÓN A

PROBLEMAS RESUELTOS SELECTIVIDAD ANDALUCÍA 2004 QUÍMICA TEMA 4: ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

FyQ Rev 01. IES de Castuera. 1 Introducción. 2 Clasificación de los Sistemas Materiales. 3 Las Variables Termodinámicas

0. Inicio. IV. Entropía. (use los comandos de su visor pdf para navegar las fichas) FICHAS GUÍA: Entropía p. 1/2

Sistemas termodinámicos

04_TERMOQUIMICA_PAEU CyL.. desde 2009

Equilibrio Químico - Redox. Por: Rolando Oyola Martínez Derechos 1

Q.F. ALEX SILVA ARAUJO PRIMER PRINCIPIO DE TERMODINÁMICA

Transcripción:

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Departamento de Fisicoquímica Laboratorio de Termodinámica POTENCIALES TERMODINÁMICOS Elaborado por: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura

OBJETIVO Que el alumno conozca la importancia de los potenciales termodinámicos, su interpretación física y su aplicación en una reacción de óxido-reducción.

REACCIONES DE ÓXIDO REDUCCIÓN TIPOS DE REACCIONES: EJEMPLO: Descomposición 2 HgO (s) 2 Hg (l) + O 2 (s) Combinación S (s) + O 2 (g) SO 2 (g) Combustión CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) Dismutación 2 H 2 O 2 (l) O 2 (g) + 2 H 2 O (l) Desplazamiento Zn (s) + CuSO 4 (ac) ZnSO 4 (ac) + Cu (s)

PILA O CELDA ELETROQUÍMICA Ánodo de Zn Cátodo de Cu Disolución ZnSO 4 Disolución CuSO 4 Celda de Daniell Oxidación Reducción Zn (s) Zn 2+ (ac) + 2e Cu 2+ (ac) + 2e Cu (s) Reacción global: Cu 2+ (ac) + Zn (s) Cu (s) + Zn 2+ (ac)

PILA DE ÓXIDO DE PLATA-ZINC ÁNODO Zn (s) + 2 OH ZnO (s) + H 2 O (l) + 2e CÁTODO Ag 2 O (s) + H 2 O (l) + 2e 2 Ag (s) + 2 OH REACCIÓN GLOBAL: Ag 2 O (s) + Zn (s) 2 Ag (s) + ZnO (s)

TRABAJO Y SUS VARIEDADES Tipo de trabajo: δw Donde: Unidades δw (J) Expansión-compresión P op dv P op es la presión de oposición dv es el cambio de volumen Superficial γda γ es la tensión superficial da es el cambio de área Longitudinal fdl f es la tensión dl es el cambio de longitud Eléctrico Edq E es la diferencia de potencial dq es la variación de carga TRABAJO ELÉCTRICO PARA UNA REACCIÓN REDOX ENERGÍA QUE DESARROLLA UNA elec CARGA ELÉCTRICA SOMETIDA = BAJO LA ACCIÓN DE UN CAMPO ELÉCTRICO AL MOVERSE ENTRE 2 PUNTOS Welec = nfe Pa m 3 N/m m 2 N m W = qe Donde: q = nf n moles de e F en A V C F = 96,500 C/mol 1 V = 1 J/C

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Ecuación energética du = δq + δw U = Q + W Cambio de energía interna en proceso isocórico Si V = cte, δw = 0 y du = δq V U = Q V Cambio de entalpía en proceso isobárico Si P = cte, δw = P op dv y P op P sistema du = δq PdV o bien U 2 U 1 = Q p P(V 2 V 1 ) Q p = (U 2 + P 2 V 2 ) (U 1 + P 1 V 1 ) pero H = U + PV Q p = H 2 H 1 = H

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA Definición de entropía Entropía del universo termodinámico Función de estado entropía ds = δq rev /T ds univ = ds sis + ds alr S univ = S sis + S alr UNIVERSO HORNO SISTEMA T 1 entropía sistema disminuye Flujo de calor ENTORNO T 1 > T 2 T 2 entropía entorno aumenta proceso espontáneo CASA Entropía total aumenta Entropía como criterio de espontaneidad y equilibrio ds univ = 0, sistema en equilibrio ds univ > 0, proceso espontáneo ds sis + ds alr 0 ds univ 0

Procesos espontáneos: contribuciones al aumento de la entropía del universo Dispersión de materia Dispersión de energía Tendencia al cambio de orientación y movimiento de las moléculas Entropía Desorden

LA ENERGÍA DE GIBBS COMO UN CRITERIO DE ESPONTANEIDAD Y EQUILIBRIO δq alr dsuniv = dssis + dsalr 0 pero dsalr = T δqalr dsuniv = dssis + 0 δqalr = δqsis δq T sis dssis 0 a P = cte δ Qsis = dh sis T dh sis dssis 0 dh sis TdSsis 0 T Energía de Gibbs: dgsis 0 G = H TS a T y P constantes dgsis = dh sis TdS Para cambio finito: sis G = H T S

LA ENERGÍA DE GIBBS COMO UN CRITERIO DE ESPONTANEIDAD Y EQUILIBRIO Características: -Función de Estado. -Criterio de espontaneidad y equilibrio que toma en cuenta al sistema y los alrededores de manera implícita, a T y P constantes. -Sus variables naturales son T y P. Y para un cambio finito: G sis 0 -A T y P constantes: Si G = 0, sistema en equilibrio Si G < 0, proceso espontáneo Si G > 0, proceso no espontáneo

H > 0 reacción endotérmica H > 0 reacción endotérmica H < 0 reacción exotérmica H < 0 reacción exotérmica FACTORES QUE AFECTAN A G DE UNA REACCIÓN Contribución: S > 0 incremento del desorden S < 0 disminución del desorden S > 0 incremento del desorden S < 0 disminución del desorden Si se trabaja a 1 bar para una reacción química: G = H T S Positivo a bajas T; negativo a altas T. Reacción espontánea en la dirección hacia adelante a altas T y en la dirección inversa a bajas T. Positivo a todas las T. Reacción espontánea en la dirección inversa a todas las T. Negativo a todas las T. Reacción espontánea en la dirección hacia adelante a todas las T. Negativo a bajas T; positivo a altas T. Reacción espontánea a bajas T; tiende a invertirse a altas T. G = H T S 0 0 0 r r r

Relación entre el cambio de la energía de Gibbs y el trabajo Ecuación fundamental de la termodinámica para la energía interna du = δq + Σ δw i Si para un proceso reversible hay trabajo de expansión-compresión y trabajo eléctrico du = δq + δw PV + δw elec pero δw PV = PdV y sabemos que δq rev = TdS du = TdS PdV + δw elec Ecuación fundamental de la termodinámica para la entalpía Como H = U + PV, sumando d(pv) du + d(pv) = TdS PdV + d(pv) + δw elec d(u + PV) = TdS PdV + PdV + VdP + δw elec dh = TdS + VdP + δw elec

Relación entre el cambio de la energía de Gibbs y el trabajo Ecuación fundamental de la termodinámica para la energía de Gibbs Como G = H TS, restando d(ts) dh d(ts) = TdS d(ts) + VdP + δw elec d(h TS) = TdS TdS SdT + VdP + δw elec dg = SdT + VdP + δw elec Relación del cambio de energía de Gibbs con el trabajo eléctrico Si el proceso se lleva a cabo a T y P constantes, entonces: dg = δw elec y para un cambio finito G = W elec y para una reacción química cuando se trabaja a 1 bar: 0 G = W r elec

Cálculo de potenciales termodinámicos a condiciones estándar para una reacción química Entalpía de reacción estándar: H = n H productos n H reactivos 0 0 0 r i m, f, i j m, f, j i j Energía de Gibbs de reacción estándar: 0 0 0 G = n G productos n G reactivos r i m, f, i j m, f, j i j Entropía de reacción estándar: S = n S productos n S reactivos 0 0 0 r i mi, j m, j i j G = H T S En general, Hº r y Sº r son independientes de la 0 0 0 r r r temperatura para un intervalo pequeño de T. y b x m y = mx + b Unidades: Hº r / (J) Sº r / (J/K) Gº r / (J)

PROBLEMA Determinar experimentalmente los potenciales termodinámicos ( Hº, Gº y Sº) a 298.15 K de una reacción de óxido-reducción que se efectúa en una pila comercial de óxido de plata-zinc (Ag 2 O-Zn), explicando su interpretación física.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

DESARROLLO EXPERIMENTAL Botón Hi Res Selector Giratorio CC V

DESARROLLO EXPERIMENTAL 1 6 8 11 4 Encender el controlador de inmersión de temperatura con el interruptor diferencial (11), y el botón de encendido (4). Emplear la velocidad de circulación alta ( high ) (8) y ajustar con la perilla indicadora (1) la temperatura en aproximadamente 10ºC y esperar hasta que la luz de calentamiento (6) se apague totalmente y así asegurar que se alcance el equilibrio térmico dentro del baño, y que la temperatura se encuentre alrededor de 10ºC.

Manejo de datos Completar la tabla efectuando los cálculos requeridos en las columnas. t / (ºC) T / (K) Eº / (V) W elec / (J) Gº / (J)

Manejo de datos Escribir la ecuación química que se lleva a cabo en la pila Comparar los datos obtenidos experimentalmente con los reportados en la literatura Hacer una gráfica de Gº r / (J) vs T / (K) Calcular el valor de Gº r a 298.15 K a partir de los datos de la pendiente y ordenada al origen. Determinar la pendiente y la ordenada al origen de la línea recta obtenida Interpretación física de la pendiente y de la ordenada al origen obtenidas y sus unidades