Entalpía y Equilibrio Químico: Conceptos Clave

Energía de las Reacciones Químicas y Equilibrio Químico

Cambios de Energía en las Reacciones Químicas a Presión Constante: Entalpía

Las reacciones químicas siempre están acompañadas de intercambios de energía, ya sea mediante la absorción o el desprendimiento de esta. Esto se debe a que la energía que poseen los reactivos es diferente a la que poseen los productos. Una reacción química implica la ruptura de los enlaces de los reactivos y la formación de nuevos enlaces en los productos. Para romper enlaces se necesita administrar energía, mientras que la formación de enlaces, normalmente, conlleva un desprendimiento de energía. De lo que se trata es de calcular esa diferencia de energía, la energía que tienen los productos (proceso final) menos la energía que tienen los reactivos (proceso inicial). Pueden ser reacciones exotérmicas (desprenden calor) o endotérmicas (reciben calor).

Se define la entalpía de una reacción como la suma de su energía interna más el producto de su volumen por la presión externa. Se representa por la letra H. Su fórmula es: H = U + P·V. Se cumple:

• El calor absorbido o desprendido en una reacción química realizada a volumen constante (en un recipiente cerrado) es igual a la variación de energía interna que ha tenido lugar durante la misma.
• El calor absorbido o desprendido en una reacción química realizada a presión constante (en un recipiente abierto) es igual a la variación de entalpía que ha tenido lugar durante la misma.

Entalpía de Formación y Reacción. Ley de Hess

La entalpía de formación de una sustancia se define como la cantidad de calor absorbido o desprendido en la formación de un mol de dicha sustancia a partir de sus elementos simples a 1 atm de presión y a 25ºC. La entalpía de reacción es el calor cedido o absorbido en una reacción química a 1 atm y a 25ºC.

Ley de Hess: El calor de reacción es el mismo tanto si la reacción se verifica en una sola etapa como si se realiza indirectamente en varias etapas, es decir, el calor de reacción depende únicamente del estado inicial (reactivos) y final (productos) y no del camino seguido por la reacción.

Espontaneidad de las Reacciones Químicas

Normalmente, las reacciones exotérmicas son espontáneas, pero existen reacciones endotérmicas que también lo son. Esto significa que, además de la energía, tiene que haber algo que también influya en la determinación del sentido de las transformaciones espontáneas. Este algo es el desorden: un aumento del desorden en una reacción química favorece su transformación espontánea (los cuerpos sólidos tienen sus moléculas muy ordenadas, mientras que en los líquidos y en los gases, las moléculas están más desordenadas). La entropía (S) es una magnitud que mide el grado de desorden en una reacción química.

Equilibrio Químico

Un sistema se encuentra en estado de equilibrio cuando su composición no varía con el tiempo. Si las sustancias que forman el sistema son el resultado de una reacción química, en el estado de equilibrio hay una determinada cantidad de cada uno de los reactivos y de los productos. Características:

• El equilibrio químico es reversible, se puede alcanzar un mismo estado de equilibrio partiendo de los reactivos o de los productos.
• El equilibrio químico es dinámico, cuando se alcanza el equilibrio químico, la reacción no se para; lo que sucede es que la conversión de reactivos en productos se produce a la misma velocidad que la de productos en reactivos.

Constante de Equilibrio Kc y Kp

Si tenemos una reacción química: aA(g) + bB(g) ⇌ cC(g) + dD(g), donde (g) significa que la sustancia es gaseosa, y representamos por [A] la concentración de la sustancia A en moles/litro, se comprueba experimentalmente que cuando se alcanza el equilibrio en la reacción química, el siguiente valor es constante:

Esta constante se refiere a la constante de equilibrio.