Reacciones Endotérmicas y Exotérmicas: Fundamentos de la Termodinámica

Reacciones Endotérmicas y Exotérmicas

En las reacciones exotérmicas se libera energía cuando se producen (habitualmente esta energía se libera en forma de calor), mientras que las reacciones endotérmicas necesitan energía para producirse.

La energía química es una medida de la energía de interacción entre los átomos unidos y está relacionada con la distribución electrónica y el tipo de enlace. A la energía necesaria para romper un mol de enlaces se le llama energía de enlace. Naturalmente, al formarse un mol de enlaces se desprende la misma energía.

Para estudiar la parte del Universo que interesa, el sistema termodinámico, se aísla de su entorno mediante propiedades físicas o matemáticas. El estado de un sistema termodinámico está definido por los valores de determinadas variables, llamadas variables de estado, es decir, por los valores de sus magnitudes físicas medibles (P, V, T y composición). Se realiza un proceso termodinámico y el sistema evoluciona cuando hay un cambio en alguna de estas variables de estado.

La que tiene como conjunto de partículas que forma el sistema, llamada energía interna (U).

Esta energía interna tiene tres componentes:

• Energía térmica (almacenada en la agitación molecular, por traslación, vibración y rotación de las moléculas).
• Energía química (almacenada en los enlaces químicos, interacciones electromagnéticas entre los átomos).
• Energía nuclear (almacenada en los nucleones, debida a las interacciones nucleares que mantienen estables los núcleos).

Principios de la Termodinámica

1. Cuando un sistema evoluciona, su energía puede modificarse mediante dos mecanismos: intercambiando calor (Q) o por realización de trabajo (W). Esta variación se puede expresar como ΔU = Q + W. De acuerdo con el convenio de signos, la energía comunicada al sistema desde el entorno se considera positiva, ya que hace aumentar la energía interna del sistema (ΔU>0), mientras que la energía cedida por el sistema es negativa, porque en ese caso ΔU<0. Esta expresión matemática es una forma de enunciado del Primer Principio de la Termodinámica.
2. Cualquier proceso que ocurre espontáneamente produce un aumento de entropía del Universo (ΔS_U ≥ 0).
3. La entropía de un elemento puro en su forma condensada estable, formando una red sólida cristalina sin defectos, es cero cuando la temperatura tiende a cero.

Energía Libre de Gibbs

Los sistemas tienden a pasar espontáneamente a estados de mínima energía y de máxima entropía. Para tener en cuenta la influencia de ambas magnitudes, H y S, se define una nueva función termodinámica, la energía libre de Gibbs (o entalpía libre), G, definida como G = H - TS. La variación de energía libre de un sistema, a presión y temperatura constantes, viene dada por: ΔG = ΔH - TΔS. El valor de ΔGº_f es una medida de la estabilidad de un compuesto con respecto a sus elementos. Cuando ΔGº_f es negativo, el compuesto es estable, tanto más cuanto más negativo sea el valor de ΔGº_f.