FUNDAMENTOS DE QUÍMICAFUNDAMENTOS DE QUÍMICA

VI. Termoquímica VI. Termoquímica

VI.1. Términos básicos en termoquímicaVI.1. Términos básicos en termoquímica

VI.2. Calor y trabajoVI.2. Calor y trabajo

VI.3. Primera ley de la termodinámicaVI.3. Primera ley de la termodinámica

VI.4. Ley de HessVI.4. Ley de Hess

Materia y energíaMateria y energía

La materia La materia puedepuede poseer o poseer o manifestar energía de variadas manifestar energía de variadas formas.formas.

La energía se puede La energía se puede transformar de una forma en transformar de una forma en otra pero otra pero ni se crea ni se ni se crea ni se destruye.destruye.

Energía Energía cinéticacinética : energía en : energía en movimiento.movimiento.

EEkk = = ½ ½ mvmv22

Ejemplificar: > m y >vEjemplificar: > m y >v

Materia y energíaMateria y energía

Energía Energía potencialpotencial : energía dependiente de la : energía dependiente de la posición relativa de los objetos. Se manifiesta posición relativa de los objetos. Se manifiesta cuando actúa una fuerza sobre un objeto.cuando actúa una fuerza sobre un objeto.

EEpp = = mghmgh (g = 9,8 m/s(g = 9,8 m/s22).).

La energía potencial puede convertirse en cinéticaLa energía potencial puede convertirse en cinética

Materia y energíaMateria y energía

Entre cargas Entre cargas eléctricas surgen eléctricas surgen fuerzas. La fuerzas. La Energía Energía electrostáticaelectrostática es una es una importante forma de importante forma de energía potencialenergía potencial..

EEelel = = kQkQ11QQ22

((kk = 9*10 = 9*1099 Jm/C Jm/C22))

Analizar Q = o ≠ signoAnalizar Q = o ≠ signo

Materia y energíaMateria y energía

La energía potencial almacenada en La energía potencial almacenada en forma de energía electrostática forma de energía electrostática en átomos y moléculas se en átomos y moléculas se manifiesta como manifiesta como Energía Energía químicaquímica cuando se rompen unos cuando se rompen unos enlaces entre moléculas y se enlaces entre moléculas y se forman otros (otras moléculas).forman otros (otras moléculas).

Las moléculas en su Las moléculas en su movimientomovimiento manifiestan energía cinéticamanifiestan energía cinética

Calor y trabajoCalor y trabajo

Fig. a. La energía se transfiere de Fig. a. La energía se transfiere de la raqueta a la pelota.la raqueta a la pelota.

TrabajoTrabajo: (: (ww) energía que se usa ) energía que se usa para hacer que un objeto se para hacer que un objeto se mueva contra una fuerza.mueva contra una fuerza.

w = F * dw = F * d

(F: fuerza , d: distancia)(F: fuerza , d: distancia) Al levantar un objeto estamos Al levantar un objeto estamos

realizando un trabajo: vencemos la realizando un trabajo: vencemos la fuerzafuerza de la gravedad al levantarlo a de la gravedad al levantarlo a la altura la altura dd. Le transferimos energía.. Le transferimos energía.

Calor y trabajoCalor y trabajo

Fig. b. La energía se transfiere en Fig. b. La energía se transfiere en forma de calor.forma de calor.

CalorCalor: (: (QQ) energía que se ) energía que se transfiere de un objeto más transfiere de un objeto más caliente a uno más frío.caliente a uno más frío.

En la reacción de combustión, la En la reacción de combustión, la energía química almacenada energía química almacenada en las moléculas del en las moléculas del combustible combustible se libera en forma se libera en forma de de calorcalor..

Calor y trabajoCalor y trabajo

Energía es la capacidad Energía es la capacidad para realizar trabajo o para realizar trabajo o transferir calortransferir calor

Al elevar la bola de arcilla: Al elevar la bola de arcilla:

se realiza se realiza ww y > y > EEpp

Al caer Al caer EEp p cambia acambia a EEcc

Al chocar Al chocar EEc c cambia a cambia a ww (se (se deforma)deforma) Q.Q.

Primera Ley de la TermodinámicaPrimera Ley de la Termodinámica

1ª Ley de la 1ª Ley de la TermodinámicaTermodinámica::

““La energía se conservaLa energía se conserva”.”. Cualquier energía perdida Cualquier energía perdida

por un sistema deberá ser por un sistema deberá ser ganada por el entorno y ganada por el entorno y viceversa.viceversa.

Energía internaEnergía interna = = ΣΣ todas todas energías cinéticas y energías cinéticas y potenciales de todas las potenciales de todas las partes componentes de partes componentes de un sistemaun sistema

La energía interna dentro La energía interna dentro del recipiente incluye los del recipiente incluye los movimientos, rotaciones movimientos, rotaciones y vibrac. e interacciones y vibrac. e interacciones de las moléculas de Hde las moléculas de H2 2 y y OO22. También las energías . También las energías de núcleos y electrones. de núcleos y electrones.

Primera Ley de la TermodinámicaPrimera Ley de la Termodinámica

Energía interna: Energía interna: EE ; ; no se conoce su valor real.no se conoce su valor real. Se puede llegar a conocer el cambio Se puede llegar a conocer el cambio ΔΔEE que que

acompaña a un cambio del sistema.acompaña a un cambio del sistema.ΔΔEE = = EEfinalfinal - E - Einiciqliniciql

ΔΔEE > 0 (positivo) : > 0 (positivo) : EEfinalfinal > E > Einiciql iniciql ; el sistema ganó ; el sistema ganó energía de su entorno.energía de su entorno.

ΔΔEE < 0 (negativo): < 0 (negativo): EEfinalfinal < E < Einiciql iniciql ; el sistema cedió ; el sistema cedió energía a su entorno.energía a su entorno.

En una reacción en la que se cede calor al entorno la En una reacción en la que se cede calor al entorno la EE de de los productos es menor que la de los reactivos.los productos es menor que la de los reactivos.

Primera Ley de la TermodinámicaPrimera Ley de la Termodinámica

Relación entre Relación entre ΔΔEE , calor y , calor y trabajo.trabajo.

ΔΔEE = = qq + + ww

qq: calor agregado al sistema (>0) o : calor agregado al sistema (>0) o desprendido de él (<0)desprendido de él (<0)

ww: trabajo realizado por el sistema : trabajo realizado por el sistema (<0) o sobre él (<0)(<0) o sobre él (<0)

Primera Ley de la TermodinámicaPrimera Ley de la Termodinámica

Convenciones de signos y la relación entre Convenciones de signos y la relación entre q q , , w w , , ΔΔE.E.

Primera Ley de la TermodinámicaPrimera Ley de la Termodinámica

Procesos endotérmicos y Procesos endotérmicos y exotérmicosexotérmicos

ENDOTÉRMICOENDOTÉRMICO: el sistema : el sistema absorbe calor. El calor fluye absorbe calor. El calor fluye hacia adentrohacia adentro (“endo”).(“endo”).Reacción (a)Reacción (a)

EXOTÉRMICOEXOTÉRMICO: el sistema : el sistema desprende calor. El calor desprende calor. El calor fluye fluye hacia afuerahacia afuera (“exo”). (“exo”). Reacción (b)Reacción (b)

2NH2NH44SCNSCN(s)(s) + Ba(OH) + Ba(OH)22.8H.8H22O Ba(SCN)O Ba(SCN)22+2NH+2NH33 +10H +10H22OO

2Al2Al(s)(s) + Ba(OH) + Ba(OH)22.8H.8H22O Ba(SCN)O Ba(SCN)22+2NH+2NH33 +10H +10H22OO

Primera Ley de la TermodinámicaPrimera Ley de la Termodinámica

Funciones de Funciones de estadoestado

Sobre la energía Sobre la energía interna influyen la interna influyen la temperatura y la temperatura y la presión.presión.

La energía interna total La energía interna total de un sistema es de un sistema es proporcional a la proporcional a la cantidad total de cantidad total de materia del sistema materia del sistema (propiedad extensiva)(propiedad extensiva)

El valor de una función El valor de una función de estado de estado (energía (energía interna) interna) no depende de no depende de la historia específica de la historia específica de la muestra, sólo de su la muestra, sólo de su condición actual condición actual (agua (agua a 25ºC)a 25ºC)

Primera Ley de la TermodinámicaPrimera Ley de la Termodinámica

Función de estadoFunción de estado es aquella propiedad es aquella propiedad que se determina especificando su que se determina especificando su condición o estado (T, P, ubicación, etc.).condición o estado (T, P, ubicación, etc.).

Ej. La altitud es una función de estado (Puebla y Ej. La altitud es una función de estado (Puebla y Veracruz presentan diferencia de altitud). El cambio de Veracruz presentan diferencia de altitud). El cambio de altitud es independiente del camino.altitud es independiente del camino.

ΔΔEE : : es una función de estadoes una función de estadoqq y y w w :: no son funciones de estado; dependen de no son funciones de estado; dependen de

la forma en que se efectúa el cambio. Su la forma en que se efectúa el cambio. Su sumasuma sísí es una función de estado. es una función de estado. Si el camino seguido Si el camino seguido requiere un mayor requiere un mayor ww; ; qq se verá disminuido. se verá disminuido.

Primera Ley de la TermodinámicaPrimera Ley de la Termodinámica

a)a) La batería se descarga La batería se descarga al estar en corto circuito al estar en corto circuito con una bobina de con una bobina de alambre. Toda la alambre. Toda la energía se pierde en energía se pierde en forma de calorforma de calor

b)b) La batería se descarga La batería se descarga realizando trabajo realizando trabajo mecánico y perdiendo mecánico y perdiendo algo de calor.algo de calor.

qq y y ww son diferentes, pero son diferentes, pero ΔΔEE es igual.es igual.