Tema6 Termodinamica

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TermodinmicaTema 5

Energa es la capacidad para efectuar un trabajo Energa trmica es la energa asociada con el movimientos aleatorio de los tomos y molculas. Energa qumica es una forma de energa que se almacena en las unidades estructurales de las sustancias Energa potencial es la energa disponible en funcin de la posicin de un objeto. Energa elctrica es la energa asociada con el flujo de electrones Energa nuclear, radiante

6.1

Cambios de energa en las reacciones qumicasCalor es la transferencia de energa trmica entre dos cuerpos que estn a diferentes temperaturas.La Temperatura es una medida de la energa trmica. Temperatura = Energa trmica

900C 400C Mayor energa trmica

6.2

Termoqumica es el estudio de los cambios de calor en una reaccin qumica. El sistema es una porcin de materia, objeto de estudio, con unos lmites que la separan de los alrededores (resto del universo externo al sistema)

sistema

alrededores

Tipo:

abierto

cerrado energa

aislado nada6.2

Intercambio: masa & energa

Proceso exotrmico es cualquier proceso que cede calor transfiere energa trmica hacia los alrededores. 2H2 (g) + O2 (g) H2O (g) H2O (l) + energa 2H2O (l) + energa

Proceso endotrmico es cualquier proceso que absorbe calor los alrededores. Energa + 2HgO (s) Energa + H2O (s) H2O (l)6.2

2Hg (l) + O2 (g)

Entalpa (H) es usada para medir el calor absorbido o liberado por un sistema durante un proceso a presin constante.

H = H (productos) H (reactivos)H = calor absorbido o liberado durante una reaccin a presin constante

Hproductos < Hreactivos H < 0

Hproductos > Hreactivos H > 0

6.3

Ecuaciones termoqumicas

El sistema absorbe calor Endotermico H > 0

La fusin de 1 mol de hielos a 00C y 1 atm provoca un aumento en la entalpa del sistema de 6.01 kJ. H2O (s) H2O (l) H = 6.01 kJ6.3

Ecuaciones termoqumicas

El sistema libera calor Exotrmica H < 0

La combustin de 1 mol de metano en oxgeno gaseoso provoca una disminucin en la entalpa del sistema de 890.4 kJ. CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) H = -890.4 kJ6.3

Ecuaciones termoqumicas H2O (s) H2O (l) 2H2O (s) 2H2O (l) H = 2 x 6.01 = 12.0 kJ Si se multiplican ambos lados de una ecuacin termoqumica por un factor n, H cambia por el mismo factor. H2O (s) H = -6.01 kJ Cuando se invierte una ecuacin, el signo de H cambia. H2O (l) H = 6.01 kJ Los coeficientes estequiomtricos siempre se refieren al nmero de moles de una sustancia.

6.3

Ecuaciones termoqumicas H2O (s) H2O (l) H2O (l) H2O (g) Siempre debe especificarse el estado fsico de los reactivos y productos en la ecuacin termoqumica. H = 6.01 kJ H = 44.0 kJ

Calcule el calor liberado cuando se queman 266g de fsforo blanco en aire. P4 (s) + 5O2 (g)266 g P4 x 1 mol P4 123.9 g P4

P4O10 (s) x

H = -3013 kJ3013 kJ = 6470 kJ 1 mol P4

6.3

El calor especfico (cesp) de una sustancia es el calor (q) requerido para elevar un grado centigrado la temperatura de un gramo de la sustancia. La capacidad calorfica (C) de una sustancia es el calor (q) requerido para elevar un grado centigrado de una determinada cantidad de sustancia (m) C = mcesp Calor(q) absorbido o cedido q = mcespt q = Ct t = tfinal - tinicial6.4

Calorimetra a volumen constanteDeterminacin del calor de combustin

qsys = qwater + qbomb + qrxn qsys = 0 qrxn = - (qwater + qbomb) qwater = mcespt qbomb = Cbombt Reaccin a V Constante H = qrxn H ~ qrxn No entra ni sale calor6.4

Calorimetra a presin constante

qsys = qwater + qcal + qrxn qsys = 0 qrxn = - (qwater + qcal) qwater = mcespt qcal = Ccalt Reaccin a P Constante H = qrxn No entra ni sale calor6.4

6.4

Entalpa de formacin de sustanciasNo es posible medir el valor absoluto de entalpa de una sustancia. Slo se determinan valores relativos con respecto a una referencia arbitraria. Entalpa de formacin estandar (H0) es el cambio de calor f que resulta cuando se forma un mol de un compuesto a partir de sus elementos a una presin de 1 atm y 25 C (condiciones PTE). A los elementos en su variedad ms estable y en condiciones estndar se les asigna el valor cero. H0f (O2) = 0 H f0

H0f (C, grafito) = 0 H f0

(O3)

= 142 kJ/mol

(C, diamante) = 1.90 kJ/mol6.5

6.5

0 La entalpa estandar de reaccin (Hr ) es la entalpa de una reaccin que se efecta en condiciones PTE.

aA + bB H0 = [cH0f (C) + dH0f (D) ] - [aH0f (A) + bH0f (B) ] r0 Hr = nH0f (productos) - mH0 (reactivos) f

cC + dD

La H0 es igual a la entalpa de los productos menos la r entalpa de los reactivos. Para conocer la H0 solo es r necesario tener tabuladas las H0 de las sustancias. r Ley de Hess: Si una reaccin se puede realizar mediante una combinacin de varias etapas, la Hr es igual a la combinacin algebraica de la Hr de aquellas etapas.

6.5

Calcula la entalpa de formacin estandar del disulfuro de carbono a partir de sus elementos, teniendo que: C(grafito) + O2 (g) CO2 (g) Hr0 = -393.5 kJ S(rmbico) + O2 (g) CS2(l) + 3O2 (g) SO2 (g)0 Hr = -296.1 kJ

CO2 (g) + 2SO2 (g)

Hr0 = -1072 kJ

1. La entalpa de reaccin de formacin del CS2 C(grafito) + 2S(rmbico) CS2 (l)0 CO2 (g) Hrxn = -393.5 kJ 0 2SO2 (g) Hrxn = -296.1x2 kJ

2. Add the given rxns so that the result is the desired rxn. C(grafito) + O2 (g) 2S(rmbico) + 2O2 (g) + CO2(g) + 2SO2 (g)

CS2 (l) + 3O2 (g)

0 Hrxn = +1072 kJ

6.5

C(grafito) + 2S(rmbico) CS2 (l) H0 = -393.5 + (2x-296.1) + 1072 = 86.3 kJ r

El calor de disolucin o entalpa de disolucin (Hdis) es el calor generado o absorbido cuando cierta cantidad de soluto se diluye en cierta cantidad de disolvente. Hdis = Hdisolucin - Hcomponentes

Qu sustancias pueden ser usadas para fundir el hielo? Qu sustancias pueden ser usadas como bolsa fra? LiCl H2O NH4Cl

6.6

Funciones de estadoEl estado de un sistema se define por los valores de todas sus propiedades macroscpicas (composicin, energa, T, V y P) Son funciones de estado aquellas propiedades determinadas por el estado del sistema, independientemente de cmo esa condicin se halla alcanzado, dependen nicamente del estado inicial y final: Energa, T, V, P, Las funciones de estado tienen un valor para cada estado del sistema. La trayectoria de un cambio de estado especifica los estados intermedios que conectan el inicial y el final. La funcin de estado experimenta un cambio que no depende de la trayectoria . Por ejemplo : E = E2E1, P = P2P1

La energa interna. Primer principioUn sistema modifica su energa interna intercambiando calor y/o trabajo con el exterior. E = q + wE es el cambio de energa interna del sistema q es el calor intercambiado entre el sistema y los alrededores w es el trabajo realizado sobre (o por) el sistema w = -PV cuando un gas se expande contra una presin externa constante

La energa interna es una cantidad desconocida, pero se puede conocer la diferencia entre dos estados (E2-E1). La energa interna, E, es una funcin de estado. La variacin de energa interna (E2-E1) se puede conseguir mediante infinidad de combinaciones de cantidades de q y w. Por tanto q y w no son funciones de estado, pero su 6.7 suma si lo es.

Primer principio. Criterio de signosCriterio de signos: El sistema disminuye su energa, E, cuando expulsa calor (Q 0

Procesos que conducen a un aumento de la entropa (S > 0)

18.2

Primera Ley de la Termodinmica La energa puede ser convertida de una forma a otra, pero no se crea ni se destruye.

Segunda Ley de la Termodinmica La entropa del universo aumenta en un proceso espontneo y se mantiene constante en un proceso que se encuentra en equilibrio. Procesos espontneos: Equilibrio : Suniv = Ssis + Salr = 018.3

Suniv = Ssis + Salr > 0

Cambios de Entropa en el sistema (Ssis)La entropia estndar de una reaccin, (S0) es el cambio r de entropa para una reaccin que ocurre a 1 atm y 25 0C. aA + bB cC + dD

S0 = [ cS0(C) + dS0(D) ] - [ aS0(A) + bS0(B) ] r S0 = nS0(productos) - mS0(reactivos) r Cuando se producen o consumen gases Si una reaccin produce ms molculas de un gas que las que consume, S0 > 0. Si el nmero total de molculas de gas disminuye, S0 < 0. Si no hay cambio neto en el nmero total de molculas del gas, S0 puede ser positivo o negativo, pero su valor ser relativamente pequeo. 18.3

Cambios de entropa en los alrededores (Sald)

Proceso exotrmico Sald > 0

Proceso endotrmico Sald < 018.3

Tercera Ley de Termodinmica La entropa de una sustancia cristalina perfecta es cero a la temperatura del cero absoluto.

18.3

Energa libre. Criterio de espontaneidad.Procesos espontneos: Equilibrio : Para un proceso a temperatura constante: Energa libre(G) G < 0 La reaccin es espontnea en la direccin directa. La reaccin no es espontnea. La reaccin es espontnea en la direccin opuesta. El sistema est en equilibrio. No hay cambio neto.18.4

Suniv = Ssis + salr > 0 Suniv = Ssis + Salr = 0

G = Hsys -TSsys

G > 0 G = 0

La energa libre estndar de reaccin (G0) es el cambio r de energa libre en una reaccin cuando se lleva a cabo en condiciones estndar. aA + bB cC + dD

0 Gr = [cG0f (C) + dG0f (D) ] - [aG0f (A) + bG0f (B) ] 0 Gr = nG0 (productos) - mG0 (reactivos) f f

Tambin se puede calcular con datos de entalpas de formacin de productos y reactivos, junto con las entropas absolutas de productos y reactivos.0 Gr = = H0f (reactivos) - H0 (productos) T(S0 (productos) - S0 (reactivos

18.4

La energa libre estndar de formacin (G0) es el f cambio de energa libre que ocurre cuando se sintetiza 1mol del compuesto a partir de sus elementos qu