Termodinamica

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Unidad III: Termoquímica 3. 1. Calores estándar de formación El calor estándar de formación de una sustancia, ∆H of (kcal/mol), se define como el calor involucrado cuando se forma un mol de sustancia a partir de sus elementos en sus respectivos estados estándar. La temperatura estándar es de 298.15K (25ºC) y la presión estándar es de 1 atmósfera. El calorestándar de formación también se puede presentar como la entalpía de una sustancia en su estado estándar, ∆H of, referida a los elementos en sus estados estándar, a la misma temperatura. El subíndice
f

indica la formación del compuesto y el supraíndice º se

refiere a que todos los reactantes y productos están en su estado estándar. El estado estándar de los elementos se refiere a su estadode agregación. Por convención, la entalpía de cada elemento en su estado estándar es cero, o lo que es lo mismo, el calor estándar de formación de dicho elemento vale cero. Por ejemplo, H2(g) , O2(g), N2(g), C(s,
grafito),

Cl2(g) , F2(g) , Fe(s) , Ar(g) , Na(s) , He(g) , K(s) , etc.

Ejemplos a) Considere el calor estándar de formación del CO2. C (s) + O2 (g) --> CO2 (g) -94.054 kcal/ mol(∆H of )CO2 a 298K Si cuando se produce la formación de un compuesto, el sistema libera calor al medio (es decir, el medio absorbe el calor entregado por el sistema en la reacción exotérmica), entonces el ∆H of del compuesto es negativo. b) Considere la reacción H2 (g) --> 2 H (g) + 104.2 kcal/ mol que genéricamente se puede escribir como H2 (g) --> 2 H (g) + 2 ∆H of , H siendo (∆H of ) H, 298K = 52.1kcal/ g mol. Es decir, cuando el sistema absorbe calor del medio para la formación de un compuesto, el ∆H of del compuesto es positivo (reacción endotérmica).
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Es importante mencionar que las sustancias con grandes calores estándar positivos de formación tienden a ser especies químicamente más activas. 3.2. Leyes termoquímicas 1 - A. L. Lavoisier y P. S. Laplace (1780) enunciaron una ley que establece que: “la cantidad de calor que debe suministrarse a un compuesto para descomponerlo en sus partes es igual a la involucrada cuando se forma dicho compuesto a partir de sus elementos”. Una forma más general de enunciar esta ley es decir que “el intercambio de calor que acompaña a una reacción químicaen una dirección es exactamente igual en magnitud, pero de signo contrario, al calor asociado con la misma reacción en sentido inverso”. Ejemplo CH4 (g) + 2 O2 (g) --> CO2 (g) + 2 H2O (l) y CO2 (g) + 2 H2O (l) --> CH4 (g) + 2 O2 (g) si ambas reacciones ocurren a 298K. 2 - En 1840, G. H. Hess desarrolló la ley de la suma de calores constantes. Esta ley sostiene que “la resultante del calorintercambiado a presión o volumen constantes, en una dada reacción química, es la misma si tiene lugar en una o varias etapas”. Esto significa que el calor neto de reacción depende solamente de los estados inicial y final. Ejemplo Calcule el calor estándar de formación del CO2, a partir de la siguiente reacción química CO (g) + ½ O2 (g) --> CO2 (g) - 67.63 kcal/ gmol +212.8 kcal/ mol -212.8 kcal/ molDr. Ing. E. Brizuela – Dra. Ing. S. D. Romano

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Respuesta (∆H of ) CO2, 298K= - 94.05 kcal/ gmol En la Tabla III.1 se indica el calor estándar de formación de distintas sustancias, a 298K.

Sustancia C (g) C (c, diamante) C (c, grafito) CO (g) CO2 (g) CH4 (g) C2H6 (g) C3H8 (g) C4H10 (g) i C4H10 (g) C5H12 (g) C6H6 (g) C7H8 (g) CH2O (g) CH3OH(g) CH3OH(l)C2H2 (g) C2H4 (g) Cl (g) Cl2 (g) HCl (g) HCN (g) F2 (g)

∆H of (kcal/mol)
170.890 0.450 0.000 -26.420 -94.054 -17.895 -20.236 -24.820 -29.812 -31.452 -35.000 19.820 11.950 -27.700 -48.080 -57.020 54.190 12.540 28.922 0.000 -22.063 32.300 0.000

Sustancia H (g) H2 (g) H2O (g) H2O (l) H2O2 (g) H2O2 (l) I (g) I2 (c) N (g) NH3 (g) N2 (g) NO NO2 N2O3 Na (g) Na (c) O (g) O2 (g) O3 (g) S SO2 (g)...