Determinación de la Entalpía de Reacción: Conceptos y Aplicaciones en Termoquímica

Determinación de la Entalpía de una Reacción de Neutralización

El calor absorbido o desprendido a presión constante (Qp) nos da la variación de entalpía estándar de la reacción. La reacción de neutralización es exotérmica, por lo que se calcula ΔHn = Qp. El objetivo de la práctica es medir el ascenso de temperatura de una masa de agua provocado por el calor desprendido en la reacción.

Pasos para la Determinación de la Entalpía de Neutralización

1. Reacción de neutralización: NaOH + HCl → NaCl + H2O
2. Calcularemos ΔHn como calor desprendido a presión constante mediante la ecuación: Q = m · Ce · (Tf - Ti)
3. Empezamos pesando 100 g de cada una de las disoluciones.
4. El calorímetro absorbe calor que no se emplea en calentar el agua. Se puede tener esto en cuenta calculando la masa de agua que absorbería el mismo calor. Esta masa de agua es el equivalente en agua del calorímetro (K), que en este caso es de 25 g. (La masa total sería la suma de la masa de NaOH, HCl y K) (100 + 100 + 25)
5. Medimos la temperatura a la que se encuentran ambas disoluciones, que será Ti.
6. Vertimos ambas disoluciones en un calorímetro dotado de termómetro y se observa que asciende la temperatura, esta será Tf.
7. Sabiendo todo esto, ya podremos calcular Q = 225g · 1 cal/g°C · (Tf - Ti) = cal.
8. Más tarde, se calcula el error cometido sabiendo que: Error Relativo (ER) = Error Absoluto (EA) / Valor Real (VR); donde EA = |Valor Medido (VM) - Valor Real (VR)|

Reacciones a Volumen y Presión Constantes

Reacciones a Volumen Constante

ΔU = Qv

El calor de reacción a volumen constante (Qv) es igual a la variación de la energía interna del sistema (ΔU).

• En las reacciones exotérmicas, como Qv < 0, hay una disminución de la energía interna: ΔU < 0
• En las reacciones endotérmicas sucede lo contrario.

Reacciones a Presión Constante

ΔH = Qp

El calor de reacción a presión constante (Qp) es igual a la variación de la entalpía del sistema (ΔH).

• En las reacciones exotérmicas se produce una disminución de la entalpía: ΔH < 0
• En las reacciones endotérmicas ocurre lo contrario.

Espontaneidad de las Reacciones

Variación de la Entalpía

• Procesos exotérmicos (ΔH < 0): tienden a ser espontáneos.
• Procesos endotérmicos (ΔH > 0): tienden a no ser espontáneos.

Este criterio no tiene validez general, ya que hay varios procesos endotérmicos que suceden espontáneamente.

Variación de Entropía

• Serían espontáneos los procesos en que aumenta la entropía (ΔS > 0).
• No serían espontáneos aquellos en que disminuye la entropía (ΔS < 0).

Este criterio tampoco tiene validez general, ya que hay procesos espontáneos en los que disminuye la entropía, es decir, aumenta el orden molecular.

Variación de Energía Libre

Proporciona un criterio de validez general. Permite conocer fácilmente la espontaneidad de un proceso cuando este se produce a presión y temperatura constantes. Los procesos espontáneos son aquellos en los que hay una disminución de la energía libre (ΔG < 0).

• Si ΔG < 0, el proceso es espontáneo.
• Si ΔG > 0, el proceso no es espontáneo. El proceso inverso será espontáneo.
• Si ΔG = 0, se trata de un sistema en equilibrio.

Principio de Le Chatelier

Una alteración externa de los factores que intervienen en un equilibrio induce un reajuste del sistema para reducir el efecto de dicha alteración y establecer un nuevo estado de equilibrio.

Concentraciones

• Si aumenta la concentración de una sustancia, el sistema se desplaza en el sentido en que se consume dicha sustancia.
• Si disminuye la concentración de una sustancia, el sistema se desplaza en el sentido en el que se produce dicha sustancia.

Presión o Variación de Volumen

• Si aumenta la presión, el sistema se desplaza en el sentido en que hay menos número de moles gaseosos.
• Si disminuye la presión, el sistema se desplaza en el sentido en que hay más número de moles gaseosos.

Temperatura

• Si aumenta la temperatura, el sistema se desplaza en el sentido de la reacción endotérmica.
• Si disminuye la temperatura, el sistema se desplaza en el sentido de la reacción exotérmica.

Cociente de Reacción (Qc) y Constante de Equilibrio (Kc)

• Qc > Kc: El sistema no está en equilibrio y la relación productos/reactivos es mayor que la que existe en el equilibrio. Por lo tanto, el sistema progresará más hacia la izquierda (reactivos).
• Qc < Kc: El sistema no está en equilibrio y la relación productos/reactivos es menor que la que existe en el equilibrio. Por lo tanto, el sistema progresará más hacia la derecha (productos).