BLOQUE 3: REACCIONES Y TERMODINÁMICA QUÍMICA
TERMODINÁMICA
INTRODUCCIÓN
Definición
Parte de la física que estudia
las transformaciones de
energía
calor
la capacidad de los cuerpos para producir trabajo
Saberes básicos
Energía (E)
Es la capacidad que tiene un cuerpo de producir una transformación
Calor (Q)
Es la energía transferida de un cuerpo de mayor temperatura a uno de menor temperatura
tipos
Calor específico (Ce)
Q=mCeΔt
Es el calor necesario para que 1g de sustancia aumente su temperatura 1ºC
Calor latente (Cl)
Es el calor necesario para que un compuesto determinado cambie de estado
Q=mCl
Trabajo (W)
fuerza o energía que se aplica sobre un cuerpo para desplazarlo de un punto a otro
W= ΔE
W= FΔx
W= -PΔV
Termodinámica QUÍMICA
Es la aplicación de la termodinámica en las reacciones químicas
Es el estudio de las energías que se ponen en juego en una reacción química
Sistemas termodinámicos
Es un conjunto de componentes que se relacionan entre si intercambiando materia, energía e información.
tipos
Abierto
puede intercambiar materia y energía con el entorno
Cerrado
solo puede intercambiar energía con el entorno
Aisaldo
no intercambia ni materia ni energía con el entorno
ejemplo
Variables termodinámicas
Definición
Son las variables que informan del estado de el sistema en cada momento
V. Extensiva
su valor DEPENDE de la cantidad de materia
(masa, volumen, energía interna...)
V. Intensiva
su valor NO DEPENDE de la cantidad de materia
(temperatura, densidad..)
V. de función de estado
NO depende del proceso que le ha llevado a su estado
(diagrama P-V)
V. de no función de estado
SÍ depende del proceso que le ha llevado a su estado
(calor)
Calor
Q>0
calor absorvido
calor realizado SOBRE el sistema
Q<0
calor desprendido
calor cedido POR el sistema
Trabajo
W>0
comprensión
trabajo realizado SOBRE el sistema
W<0
expansión/dilatación
trabajo cedido POR el sistema
1º PRINCIPIO
si un sistema termodinámico pierde energía, esta es la misma que la que gana el entorno y viceversa
Energía interna (U)
La energía que tienen las sustancias/sistemas termodinámicos debido a todas las partículas de todas las energías que la forman
Dicho en otras palabras: la suma de las energías en un sistema
U= Ec + Ep + Ee
SIEMPRE positiva
ΔU=0 cuando la temperatura es cnte
ΔU = W+Q
En los procesos termodinámicos
Proceso Isobárico
presión constante
ΔU = QP - PΔV
Proceso Isotérmico
temperatura constante (ΔU=0)
Q = -W
Proceso Isocórico
volumen constante (W=0)
ΔU = QV
Proceso Adiabático
calor constante
ΔU = W
ENTALPÍA (H)
Definición
energía/calor que se pone en juego en una reacción química
Fórmulas
H = ΔU + PV
QP = ΔH
Ecuación termoquímica
Reacción química + ΔH
según la entapía la reacción és
Endotérmica
H>0 = Q>0
gana calor
Exotérmica
H<0 = Q<0
pierde calor
LEY DE HESS
Cuando una reacción se puede obtener en varias etapas (como suma de varias reacciones químicas), su entalpía de reacción es la suma de las entalpias de cada una de las etapas (reacciones intermedias)
métodos para calcular la entalpía
Ent. de formación estándar (ΔHºf)
La variación de entalpia del proceso en el que se forma un mol de ese compuesto a partir de las sustancias simples que lo componen (en condiciones estándar)
ΔH = ∑ΔHºf (productos) - ∑ΔHºf (reactivos)
CRITERIO: ΔHºf (sust. simple) = 0KJ/mol
Ent. de enlace
Entalpía que se calcula con el balance energético de romper y formar enlaces
ΔH = ∑ΔH (enlaces rotos) - ∑ΔH (enlaces formados)
ESPONTANEIDAD DE LAS REACCIONES
Los procesos espontáneos son los que llevan al sistema a un estado de menor energía y/o mayor desorden/entropía
ENTROPÍA (S)
Definición
La entropía mide el grado de desorden de un sistema
Un sistema fisicoquímico, de manera natural, evoluciona hacia el desorden (irreversible naturalmente)
A mayor entropía mayor desorden
Fórmula
ΔS = ΔQ/T
ΔQ = incremento del calor
T = temperatura inicial
por lo tanto se mide en J/K
Cómo calcular el ΔS en una RQ
ΔS = ∑ΔS (productos) - ∑ΔS (reactivos)
2º PRINCIPIO
ΔS de la reacción + ΔS del entorno > 0
el calor lo intercambian el sistema y el entorno
En una reacción espontánea siempre se tiene al desorden por lo tanto la entropía siempre es positiva
ENERGÍA DE GIBBS
Definición
La espontaneidad de un proceso viene determinada por su variación de energía libre de Gibbs
Un proceso es espontáneo si ΔG<0
Fórmula
ΔG = ΔH - T x ΔS
REACCIONES
INTRODUCCIÓN
Definición de 'reacción química'
formada por
reactivos
productos
Reacción que rompe los enlaces que unen los átomos presentes en los reactivos los cuales se reordenan para formar el/los productos de la reacción.
velocidad (de una reacción)
rapidez con la que los reactivos se transforman en productos
se puede modificar controlando:
Temperatura
directamente proporcional
Concentración
directamente proporcional
Grado de división
menor tamaño de partículas
más posibilidad de reacción
Catalizadores
son las sustancias externas
ESTEQUIOMETRÍA
Definición
expresa la relación cuantitativa entre reactivos y productos
Coeficiente estequiométrico
acompañan a la fórmula de una sistáncia
indican la proporción, en mol, en que esa sustancia interviene en la reacción
2KClO3 → 2KCl + 3O2
Riqueza
cantidad EFECTIVA de sustancia que va a reaccionar
Reactivo limitante
es el reactivo que se agota antes
determina la cantidad exacta de las otras sustancias que reaccionan y las que se producen
RENDIMIENTO
Definición
cant. que se obtiene realmente/cant. que se obtiene en teoría x 100
siempre se expresa en %
QUÍMICA E INDUSTRIA