Fundamentos de Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Energía de Gibbs

Enviado por Comunidad Xuletas y clasificado en Química

Escrito el en español con un tamaño de 2,83 KB

Conceptos Fundamentales de Termodinámica

  • Procesos Térmicos:
    • Endotérmico: Absorbe calor; el calor se encuentra en el lado de los reactantes.
    • Exotérmico: Libera calor; el calor se encuentra en el lado de los productos.
  • Proceso Isobárico: Ocurre a presión constante.

Entalpía (H)

La entalpía permite expresar la cantidad de calor que se consume o libera durante una transformación isobárica. Se mide en calorías (cal), kilocalorías (kcal), julios (J) o kilojulios (kJ).

  • Es una función de estado: ΔH = Hf - Hi.
  • ΔH > 0: Reacción endotérmica.
  • ΔH < 0: Reacción exotérmica.

Leyes de la Termodinámica

  • Primera Ley: Ley de la conservación de la energía. Fórmula: ΔU = Q + W.
  • Ley de Hess: El valor de la entalpía en una reacción química es el mismo, independientemente de si esta transcurre directamente o por etapas.
  • Segunda Ley: En un sistema cerrado, la entropía (S) es siempre constante o creciente (ΔS = Sfinal - Sinicial). Esta ley es irreversible y determina el grado de desorden de un sistema.

Entropía y Orden Molecular

La entropía mide el desorden del sistema:

  • ΔS < 0: Aumento de orden.
  • ΔS > 0: Aumento de desorden.
  • Estados de la materia: Los sólidos son los más ordenados, seguidos por los líquidos, mientras que los gases presentan el mayor desorden.

Energía de Enlace y Energía de Gibbs

  • Entalpía de enlace: Energía necesaria para romper un mol de enlaces en estado gaseoso. Se calcula restando el valor de los reactantes a los productos.
  • Energía de Gibbs (G): Predice la espontaneidad de una reacción. Depende de la temperatura, la entropía y la entalpía.
    • ΔG < 0: Espontánea.
    • ΔG > 0: No espontánea.

Ejercicios y Aplicaciones

  • Estequiometría:
    • Para la reacción Fe(s) + O2(g) → Fe2O3(s), los coeficientes son 4, 3, 2.
    • Para la ecuación Fe2O3(s) + 3C(s) → 2Fe(s) + 3CO(g), los coeficientes son 1, 3, 2, 3.
  • Cálculos energéticos:
    • La entalpía de adición de bromo al eteno es -23 kcal.
    • La entalpía de combustión de dos moles es -220 kJ.
    • La energía requerida para la formación del etano (datos C-C 80 kcal, C-H 99 kcal) es -674.
    • En una reacción con ΔH = +50 kJ y ΔS = +3 kJ, a temperaturas de 10 K y 200 K, la reacción será espontánea solo a altas temperaturas.