Ecuación termoquímica

Una ecuación termoquímica es una ecuación química estequiométrica equilibrada que incluye el cambio de entalpía, ΔH. En forma variable, una ecuación termoquímica quedaría así:

A + B → C

ΔH = (±) #

Donde {A, B, C} son los agentes habituales de una ecuación química con coeficientes y “(±) #” es un valor numérico positivo o negativo, generalmente con unidades de kJ.

Comprensión de los aspectos de las ecuaciones termoquímicas

La entalpía (H) es la transferencia de energía en una reacción (para reacciones químicas es en forma de calor) y ΔH es el cambio de entalpía. ΔH es una función de estado. Ser una función de estado significa que ΔH es independiente de los procesos entre los estados inicial y final. En otras palabras, no importa qué pasos demos para pasar de los reactivos iniciales a los productos finales: el ΔH siempre será el mismo. ΔHrxn, o el cambio de entalpía de una reacción, tiene el mismo valor de ΔH que en una ecuación termoquímica, pero está en unidades de kJ/mol, ya que es el cambio de entalpía por mol de cualquier sustancia particular en la ecuación. Los valores de ΔH se determinan experimentalmente en condiciones estándar de 1 atm y 25 °C (298,15 K).

Como se analizó anteriormente, ΔH puede tener un signo positivo o negativo. Un signo positivo significa que el sistema utiliza calor y es endotérmico. El valor negativo significa que se produce calor y el sistema es exotérmico.

Endotérmico: A + B + Calor → C, ΔH > 0

Exotérmico: A + B → C + Calor, ΔH < 0

Dado que la entalpía es una función de estado, el ΔH dado para una reacción particular solo es válido para esa reacción exacta. Los estados físicos (de reactivos o productos) son importantes, al igual que las concentraciones molares.

Esta cuestión de que ΔH depende del estado físico y la concentración molar significa que las ecuaciones termoquímicas deben ser estequiométricamente correctas. Si un agente de la ecuación se cambia mediante la multiplicación, entonces todos los agentes deben cambiarse proporcionalmente, incluido ΔH. (Ver Manipulación de ecuaciones termoquímicas, a continuación).

La propiedad multiplicativa de la ecuación termoquímica se debe en gran medida a la Primera Ley de la Termodinámica, que dice que la energía no se puede crear ni destruir, un concepto comúnmente conocido como conservación de la energía. Esto es cierto a escala física o molecular.

Manipulación de ecuaciones termoquímicas

Multiplicación de coeficientes

Las ecuaciones termoquímicas se pueden cambiar, como se mencionó anteriormente, multiplicando por cualquier coeficiente numérico. Todos los agentes deben multiplicarse, incluido ΔH. Usando la ecuación termoquímica de variables como la anterior, se obtiene el siguiente ejemplo.

A + B → C

ΔH= (±)

Supongamos que es necesario multiplicar A por dos para poder utilizar la ecuación termoquímica (como se muestra a continuación). Luego hay que multiplicar todos los agentes de la reacción por el mismo coeficiente, así:

2A + 2B → 2C

2ΔH= 2[(±) #]

Esto vuelve a ser lógico cuando se considera la Primera Ley de la Termodinámica. Se produce el doble de producto, por lo que se elimina o desprende el doble de calor.

La división de coeficientes funciona de la misma manera.

Ley de Hess: suma de ecuaciones termoquímicas

La ley de Hess establece que la suma de los cambios de energía de todas las ecuaciones termoquímicas incluidas en una reacción general es igual al cambio de energía general. Dado que ΔH es una función de estado y, por lo tanto, no depende de cómo los reactivos se convierten en productos, podemos usar varios pasos (en forma de varias ecuaciones termoquímicas) para encontrar el ΔH de la reacción general.

Ejemplo:

Reacción (1) C_{(graphite, s)} + O_{2 g)} → CO_{2 g)}

Esta reacción se produce a través de dos pasos (una secuencia de reacción):

C_{(graphite, s)} + 1⁄2O_{2 g)} → CO_g)

ΔH = 110,5 kJ

CO_g) + 1⁄2O_{2 g)} → CO_{2 g)}

ΔH = 283,0 kJ

Queremos sumar estas dos reacciones para obtener la Reacción (1) de modo que podamos encontrar ΔH, por lo que verificamos para asegurarnos de que los agentes en la secuencia de reacciones que no están presentes en (1) se cancelen entre sí. En este ejemplo, CO_(g) no está en (1) y se cancela. Sumamos la secuencia de reacción.

C_{(graphite, s)} + 1⁄2O_{2 g)} + 1⁄2O_{2 g)} → CO_{2 g)}

o

C_{(graphite, s)} + O_{2 g)} → CO_{2 g)}, Reacción (1)

Para calcular ΔH, sumamos el ΔH de las dos ecuaciones en la secuencia de reacción:

(110−5 kJ) + (283.0 kJ) = (−393.5 kJ) = ΔH of Reaction (1) EXAMPLE OF THERMOCHEMICAL EQUATION IS Cuando el gas metano es combustible, el calor es liberado, haciendo la reacción exotérmica... En el proceso, 890.4 kJ es liberado y por lo tanto está escrito como producto de la reacción. Una ecuación termoquímica es una ecuación química que incluye el cambio enthalpy de la reacción.

Algunas cosas para recordar

• Si usted tiene que revertir una reacción para que las cosas se cancelen, el signo de ΔH también debe ser revertido.
• Si usted tiene que multiplicar un agente para conseguir que cancelar, todos los demás agentes y ΔH también debe ser multiplicado por ese número.
• Generalmente los valores de ΔH dados en tablas son inferiores a 1a y 25 °C (298.15 K), así que tenga en cuenta las condiciones en que se encuentra su reacción.

Dónde encontrar valores de ΔH

Los valores de ΔH se han determinado experimentalmente y están disponibles en forma de tabla. La mayoría de los libros de texto de química general tienen apéndices que incluyen valores comunes de ΔH. Hay varias mesas en línea disponibles. Para obtener información más amplia se ofrece software con Tablas Termoquímicas Activas (ATcT), disponible en línea.