Termodinamica De Las Reacciones Quimicas

Capítulo 9

Termodinámica de las reacciones químicas

Reacciones químicas
La evolución de los sistemas termodinámicos se desarrolla a través de las interacciones entre
las partículas que los componen y entre ellas y las exteriores. Normalmente la interacción no
es muy energética y los procesos de relajación a que da lugar se dice que son de tipo térmico
(pudiéndose incluir aquí los cambios defase), permaneciendo invariable la cantidad de cada
especie química. Pero existen otras interacciones más energéticas que llegan a romper los
enlaces químicos (reacción química), desapareciendo unos y apareciendo otros. Todavía
existen reacciones más energéticas, que llegan a romper los enlaces nucleares (reacciones
nucleares).
Nótese que, cambiando la definición de especie química, también se puedenincluir aquí los
cambios de fase, transformaciones alotrópicas, isomerización, ionización, disociación,
cambios de nivel energético, etc.
Los procesos reactivos son de particular importancia en combustión (motores térmicos,
calderas, fuegos), en síntesis de materiales artificiales (metales, plásticos, cerámica y vidrio,
tejidos artificiales, etc), y en general en toda la industria de productosquímicos.
Tipos de reacción: Aunque a nivel microscópico basta considerar tres tipos de reacción (al
menos de reacciones binarias, que son con mucho las más frecuentes):
-de formación: A+B=AB
-de isomerización: A+M=A*+M
-de descomposición: AB * +M=A+B+M
(donde denota complejo activado) macroscópicamente se usa otra clasificación para centrar
el interés práctico: reacciones de combustión, deneutralización, de reducción, etc.
Atendiendo a la fase done tienen lugar, también se clasifican en monofásicas (u homogéneas)
y multifásicas (o heterogéneas).
Nomenclatura de una reacción: Cuando se escribe
reactivos

productos

i=l

j=l

CV;M,=

xv;Mj

(p.e. H 2 0 + C O = H 2 + C 0 2 )

l. Martínez: TERMODINAMICA BASCA Y APLICADA

se quiere especificar lo siguiente:
1) Qué sustancias participandirectamente, representadas por las Mi y las M,, que son las
fórmulas moleculares de las especies químicas. Sea C el número total de
componentes o especies químicas que participan, que será la suma de reactivos más
productos más otras especies inertes que, aunque no se combinen, participan en los
balances energéticos y entrópicos; a veces los sumatorios en (9.1) se extienden a
todos los compuestos (desde1 hasta C) asignando coeficientes nulos a las sustancias
que no participan en uno u otro lado.
2) En qué proporción relativa varía la cantidad de sustancia de cada una al combinarse,
representada por los Vi, que se les llama coeficientes esteauiométricos. Se verá que si
las Mi representan las masas molares, la ecuación (9.1) es ya un balance másico.

3) Cuál es la dirección de nuestro interés,representada por la posición de los símbolos;
las especies a la izquierda se consideran reactivos y las especies que aparecen a la
derecha se consideran productos de la reacción.
Aunque para el estudio de la cinética química es fundamental distinguir entre reactivos y
productos, para el estudio general del equilibrio de los sistemas reactantes, la ecuación (9.1)
puede ponerse así:
C

O=

viMi

(p.e.O = H2 + C 0 2 - H 2 0 - CO)

i=l

Aunque estas ecuaciones pueden representar el balance másico e incluso el balance
energético del sistema, en realidad son relaciones de esteauiometría (buena proporción), y
suelen referirse en general a una descripción global del proceso, ya que P.e. para
2H2+02=2H20, se sabe que en realidad las reacciones elementales son del tipo
H2+M=2H+M, H+02=HO+0, etc; esdecir, aparecen y desaparecen compuestos intermedios
que, aunque no influyen en el equilibrio químico final, gobiernan la velocidad de la reacción.

Grado de reacción
El grado de reacción, 5, es una variable que tiene dimensiones de cantidad de sustancia y
mide el estado de avance de una reacción. Sea un sistema cerrado, inicialmente con
cantidades ni, de cada especie i. En otro instante t:...