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

EntalpíaEntalpía

En los cambios químicos En los cambios químicos pueden estar involucrados pueden estar involucrados calor y también trabajo. calor y también trabajo.

El trabajo generalmente es El trabajo generalmente es mecánico, pero también mecánico, pero también puede ser p.ej. eléctrico.puede ser p.ej. eléctrico.

Si en una reacción “al aire libre” Si en una reacción “al aire libre” se produce gas no se aprecia la se produce gas no se aprecia la realización de trabajo que se realización de trabajo que se está haciendo.está haciendo.

EntalpíaEntalpía

2 HCl2 HCl(aq)(aq) + Zn + Zn(s)(s) ZnCl ZnCl22(aq)(aq) + H + H22(g)(g)

PP se mantiene igual a la atmosférica (el pistón no pesa)se mantiene igual a la atmosférica (el pistón no pesa)El gas formado realiza El gas formado realiza trabajotrabajo ww sobre el entorno: sobre el entorno:ww = - = -PP ΔΔV trabajo de V trabajo de presión-volumen presión-volumen ((P-VP-V). Si ). Si ΔΔV >0;V >0;ww < 0: realizado < 0: realizado porpor el sistema sobre el entorno. el sistema sobre el entorno.

EntalpíaEntalpíaEntalpíaEntalpía ( (HH) ) (gr. (gr. entapeinentapein = calentar): = calentar):

propiedad asociable a cambios propiedad asociable a cambios calóricos. Así: calóricos. Así: flujo de calor en flujo de calor en cambios químicos que se efectúan a cambios químicos que se efectúan a presión constante cuando no se efectúa presión constante cuando no se efectúa más trabajo que el P-Vmás trabajo que el P-V..

H es una f. de estado: H es una f. de estado: H H == E + PV E + PV porque porque E, P, E, P, yy V V lo son.lo son.ΔΔH H == ΔΔE + PE + PΔΔVV (a P constante) (a P constante)

ComoComo ww = - = -PP ΔΔV ; V ; ΔΔH H == ΔΔE - wE - w de donde de donde ΔΔH = qH = qpp ( (ΔΔEE = = qq + + ww))

qqp p : calor ganado (+) o perdido (-) a : calor ganado (+) o perdido (-) a presión constante.presión constante.

Generalmente Generalmente PPΔΔVV es muy pequeño es muy pequeño

EntalpíaEntalpía

Indique el signo del cambio de entalpía, Indique el signo del cambio de entalpía, ΔΔHH, en , en cada uno de los procesos siguientes que se cada uno de los procesos siguientes que se efectúan a presión atmosférica, e indique si el efectúan a presión atmosférica, e indique si el proceso es endotérmico o exotérmico.proceso es endotérmico o exotérmico.

Un cubito de hielo se derriteUn cubito de hielo se derrite

1 g de butano (C1 g de butano (C4 4 HH1010)) se quema en suficiente se quema en suficiente oxígeno para lograr la combustión completa.oxígeno para lograr la combustión completa.

Una bola de boliche se deja caer desde una Una bola de boliche se deja caer desde una altura de 3 m a una cubeta de arenaaltura de 3 m a una cubeta de arena

Ley de HessLey de Hess

“ “Si una reacción se efectúa en una serie de Si una reacción se efectúa en una serie de pasos, el calor involucrado pasos, el calor involucrado ΔΔH será igual a la H será igual a la suma de los cambios de entalpía de los pasos suma de los cambios de entalpía de los pasos individuales”individuales”

Ley de HessLey de Hess

Ejemplo: Ejemplo: La entalpía de combustión de C a COLa entalpía de combustión de C a CO22 es -395,5 es -395,5 kJ/mol de C, y la entalpía de combustión de CO a COkJ/mol de C, y la entalpía de combustión de CO a CO22 es -283,0 kJ/mol de CO. Calcule la entalpía de es -283,0 kJ/mol de CO. Calcule la entalpía de combustión de C a CO.combustión de C a CO.

C(s) + OC(s) + O22(g) CO(g) CO22(g)(g) ΔΔH = -395,5 kJH = -395,5 kJ

CO(g) + CO(g) + ½½OO22(g) CO(g) CO22(g)(g) ΔΔH = -283,0 kJH = -283,0 kJ

Invirtiendo la segunda y sumando:Invirtiendo la segunda y sumando:

C(s) + OC(s) + O22(g) CO(g) CO22(g)(g) ΔΔH = -395,5 kJH = -395,5 kJ

COCO22(g)(g) CO(g) + CO(g) + ½½OO22(g)(g) ΔΔH = +283,0 kJ H = +283,0 kJ

C(s) + C(s) + ½½OO22(g) CO(g) (g) CO(g) ΔΔH = -110,5 kJH = -110,5 kJ

Ley de HessLey de Hess

Ejemplo:Ejemplo: CHCH44(s) + 2 O(s) + 2 O22 CO CO22+ 2 H+ 2 H22O O ΔΔHH1 1

Se puede suponer que esta reacción se Se puede suponer que esta reacción se realiza en los pasos:realiza en los pasos:

CHCH44(s) + 1(s) + 1½½ O O22 CO + 2 H CO + 2 H22O O ΔΔHH2 2

CO + CO + ½½ O O22 CO CO2 2 ΔΔHH33

ΔΔHH1 1 == ΔΔHH2 2 + + ΔΔHH33

Aplicaciones. La energía de los alimentos.Aplicaciones. La energía de los alimentos.

Descomposición de la glucosa en el intestino:Descomposición de la glucosa en el intestino:

CC66HH1212OO6 6 (s) + 6 O(s) + 6 O22 6 CO 6 CO22+ 6 H+ 6 H22O O ΔΔHH00 = = -2803 kJ-2803 kJ

Las grasas también producen Las grasas también producen COCO22, H, H22O y energía:O y energía:

[reacción de la estearina][reacción de la estearina]

2C2C5757HH110110OO6 6 (s) + 163 O(s) + 163 O22 114 CO 114 CO22+ 110 H+ 110 H22O O ΔΔHH00 = -75,520 kJ= -75,520 kJ

El cuerpo aprovecha la energía de los alimentos para mantener la El cuerpo aprovecha la energía de los alimentos para mantener la temperatura, contraer músculos y reparar tejidos.temperatura, contraer músculos y reparar tejidos.

Las grasas producen más energía por gramo que las proteínas o los Las grasas producen más energía por gramo que las proteínas o los carbohidratos.carbohidratos.

Aplicaciones. La energía de los alimentos.Aplicaciones. La energía de los alimentos.

Composición y valor energético de algunos alimentos comunes.Composición y valor energético de algunos alimentos comunes.

Aplicaciones. La energía de los alimentos.Aplicaciones. La energía de los alimentos.

Se requiere Se requiere aproximadamente aproximadamente 100 kJ por kilogramo 100 kJ por kilogramo de peso corporal al de peso corporal al día para mantener el día para mantener el cuerpo funcionando a cuerpo funcionando a un nivel mínimo.un nivel mínimo.

Una persona de 70 kg Una persona de 70 kg gastga unos 800 kJ/h gastga unos 800 kJ/h al efectuar trabajo al efectuar trabajo ligero.ligero.

Aplicaciones. Combustibles.Aplicaciones. Combustibles.

La combustión competa de combustibles produce COLa combustión competa de combustibles produce CO22 y y HH22O. Cuanto mayor sea el % de C e H, mayor será su O. Cuanto mayor sea el % de C e H, mayor será su valor energético.valor energético.