Cómo clasificar las reacciones por cambios de entalpía

Introducción a los cambios de entalpía

Cuando observamos reacciones químicas, a menudo nos interesa no solo la transformación de un tipo de materia en otro, sino también la energía asociada con el cambio.

A menudo, una reacción química emite o absorbe calor a medida que avanza la reacción. Cuando el experimento se realiza en condiciones de presión constante, como la mesa de un laboratorio, el calor se llama entalpía . Técnicamente, desde medimos el flujo de calor de un objeto a otro, el calor es en realidad el cambio de entalpía, o Δ H .

Reacciones exotérmicas vs endotérmicas

La cantidad de entalpía asociada con una reacción es simplemente la cantidad de calor emitida o absorbida por los reactivos químicos. Podemos comparar estas cantidades entre las reacciones químicas para determinar cuáles son más exotérmicas (emiten más calor) o endotérmicas (absorben la mayor cantidad de calor).

Sin embargo, el calor tiene que ir a alguna parte. Cuando sentimos que un vaso de precipitados con productos químicos se enfría, esto en realidad significa que el cambio de entalpía de la reacción es positivo porque el calor sale del vaso de precipitados y entra en los productos químicos. Si el vaso de precipitados se calienta, entonces el calor abandona los productos químicos a medida que se forman nuevos enlaces químicos y entra en el vaso de precipitados.

Cuantificación de cambios de entalpía

Cuantificamos la cantidad de calor en unidades de energía por equivalente mol en una reacción química. Es más fácil comprender lo que esto significa mirando un ejemplo. Veamos la combustión de metano, gas natural. La ecuación química balanceada para esta reacción es la siguiente:

CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g) Δ H = -802.3 kJ

El -802,3 kJ significa que la reacción tal como está escrita emitirá esa cantidad de calor al medio ambiente; esta reacción es exotérmica , por lo que Δ H es negativo. Es como una receta química: un mol de metano más dos moles de oxígeno producen un mol de dióxido de carbono y dos moles de agua, además de 802,3 kJ de calor.

Si duplicamos la receta, eso es lo mismo que duplicar los coeficientes en la ecuación química: entonces produciríamos 1604.6 kJ de calor.

Si revertimos la reacción química, obtendríamos lo siguiente:

CO 2 (g) + 2H 2 O (g) → CH 4 (g) + 2O 2 (g) Δ H = +802,3 kJ

Ahora, Δ H es positivo, lo que nos dice que la reacción tal como está escrita es endotérmica . Esto nos dice que debemos poner calor en el dióxido de carbono y el agua para transformarlos nuevamente en metano y oxígeno.

Cambios de entalpía de clasificación

Comparemos varias reacciones químicas para determinar cuáles son más exotérmicas o endotérmicas.

Reacciones exotérmicas

Observe las siguientes tres reacciones químicas:

C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) → 3CO 2 (g) + 4H 2 O (g) Δ H = -2219,9 kJ

2H 2 (g) + O 2 (g) → 2H 2 O (g) Δ H = -571.6 kJ

3H 2 (g) + 2N 2 (g) → 2NH 3 (g) Δ H = -92,2 kJ

Observe la primera reacción, la combustión de propano (C 3 H 8 (g)) con oxígeno. Un mol de propano produce la friolera de 2219,9 kJ de calor. Dado que la magnitud de esta reacción es mayor, es la más negativa de las tres, es la más exotérmica. La segunda reacción es la segunda más exotérmica y la última es la menos exotérmica.

Reacciones endotérmicas

Podríamos revertir fácilmente las tres reacciones discutidas anteriormente y luego clasificarlas en términos de cuán endotérmicas son:

3CO 2 (g) + 4H 2 O (g) → C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) Δ H = +2219,9 kJ

2H 2 O (g) → 2H 2 (g) + O 2 (g) Δ H = +571,6 kJ

2NH 3 (g) → 3H 2 (g) + 2N 2 (g) Δ H = +92,2 kJ

“Más exotérmico” es en realidad otra forma de decir “menos endotérmico”. La combustión de propano fue la reacción más exotérmica, por lo que escrito al revés, es la reacción más endotérmica. En otras palabras, Δ H es más positivo para esta reacción. De manera similar, la tercera reacción es menos endotérmica en la dirección inversa, porque fue la menos exotérmica en la dirección directa.

Resumen de la lección

En esta lección discutimos cómo cuantificar los flujos de calor, también conocidos como entalpía cambios, escrito como Δ H .

• Los cambios de entalpía más positivos significan que una reacción química es más endotérmica (absorbe calor) y el calor es absorbido por los productos químicos.
• Los cambios de entalpía más negativos significan que una reacción química es más exotérmica (libera calor) y los químicos emiten calor.

Al clasificar varias reacciones químicas en términos de su exotermicidad o endotermicidad, simplemente colóquelas en el orden de Δ H más negativo o más positivo , respectivamente.