Cómo dibujar y etiquetar diagramas de entalpía

¿Qué es un diagrama de entalpía?

Cuando quemamos gasolina en un motor, sabemos que hay una transferencia de energía que permite que nuestro vehículo comience a llevarnos a nuestro destino. La reacción química entre la chispa del encendido y la gasolina es una reacción química. Durante cualquier reacción química, ya sea en un laboratorio o una reacción invisible que ocurre en su cuerpo o alrededor de usted en la naturaleza, hay un cambio de energía. Puede que no veamos la energía, pero siempre que hay una reacción química, hay una transferencia de energía.

Los niveles de energía se controlan mediante un diagrama de entalpía. Un diagrama de entalpía traza información sobre una reacción química, como el nivel de energía inicial, cuánta energía se necesita agregar para activar la reacción y la energía final. Un diagrama de entalpía se representa gráficamente con la entalpía en el y eje x y el tiempo, o progreso de la reacción, en la x eje y.

Examinando el diagrama

Veamos los elementos de este diagrama de entalpía. Primero, como se señaló, el eje y está etiquetado como ‘entalpía’ y el eje x está etiquetado como ‘progreso de la reacción’. Entonces tenemos la gráfica del diagrama de energía real. Por lo general, la energía aumenta primero, y esta es la energía de activación o, como se abrevia, E a . Luego vuelve a bajar. La energía final, delta H, podría ser menor que la energía inicial o mayor que la energía inicial, esto depende del tipo de reacción que se produzca y que explicaremos más adelante.

Un diagrama de entalpía completo incluirá la energía inicial, la energía final y E a y delta H.

Este diagrama de entalpía tiene productos iniciales, productos finales, delta H y energía de activación etiquetados

Hay dos tipos diferentes de cambios de energía en las reacciones, endotérmicos y exotérmicos. Endotérmico es cuando delta H es positivo; Es necesario agregar energía en general para que ocurra la reacción, por lo que la energía final es mayor que la energía inicial. Exotérmico es cuando delta H es negativo; la energía se elimina en general, por lo que la energía final es menor que la energía inicial.

En este diagrama endotérmico, los productos tienen una entalpía mayor que los reactivos

En este diagrama exotérmico, los productos tienen una entalpía más baja que los reactivos

Partiendo de una reacción en cadena

Al dibujar un diagrama de entalpía, normalmente comenzamos primero con la parte más simple, el cambio de energía. Digamos que estamos viendo la reacción química del metano y el oxígeno que se queman en dióxido de carbono y agua, como puede ver aquí:

El delta H para esta reacción es -890 kJ. Normalmente, la reacción se inicia con una entalpía de 0 kJ. Entonces, el material de partida está a 0 kJ:

Comenzamos el diagrama en 0 kJ

Luego dibujamos la energía final en -890 kJ. Cuando dibujamos una línea entre estos dos puntos obtenemos el delta H:

Los productos se dibujan a -890 kJ, que es igual a delta H

Pero, ¿cómo ponemos la energía de activación? A medida que esta energía progresa, hay un punto en el que el metano necesita compartir algunos de sus hidrógenos con el oxígeno. Este es un estado de alta energía. No es un intermedio real (como en algunas reacciones) porque todo ocurre simultáneamente. Pero todavía hay un momento en el que los productos se encuentran en un estado de alta energía.

Pensemos en ello, si el metano es exotérmico en el aire, entonces es de esperar que siempre se queme espontáneamente. Pero no es así. ¿Por qué? Necesita energía de activación; necesita esa chispa para iniciar la reacción. Esa chispa es la energía necesaria. Digamos que ha determinado que la E a es de 325 kJ, ahora puede agregar esto a nuestra tabla, como puede ver a continuación:

La línea de activación se traza a 325 kJ

Ahora hemos dibujado la curva del diagrama de entalpía para esta reacción. Empieza por los reactivos, sube hasta la línea de energía de activación y baja hasta la línea de productos.

Diagrama de reacción endotérmica

Quemar metano fue una reacción exotérmica, ahora, ¿cómo dibujamos el diagrama de energía para una reacción endotérmica? Un ejemplo de esto es cuando disolvemos cloruro de amonio en agua. Si hace esto en un tubo de ensayo, puede sentir que el tubo de ensayo se enfría, porque necesitaba absorber calor (energía) para que ocurriera la reacción. El delta H real para esta reacción es 18 kJ / mol. Así que comencemos a dibujar este diagrama de entalpía:

Todavía hay una energía de activación para esta reacción, que es incluso mayor que la de los productos terminados a 25 kJ:

La línea de energía de activación se traza a 25 kJ

Luego simplemente dibujamos la curva entre las líneas para terminar el diagrama:

Comience con el reactivo, suba a la energía de activación y reduzca a los productos

¡Y ahora hemos terminado!

Resumen de la lección

Dediquemos un par de minutos a revisar lo que hemos aprendido sobre cómo dibujar y etiquetar diagramas de entalpía. Los diagramas de entalpía son una forma fácil de ver cómo cambia la energía en una reacción a lo largo del tiempo. Los dibujamos conociendo el delta H de la reacción y la energía de activación. Si delta H es positivo, entonces es una reacción endotérmica y la energía del producto es mayor que la energía inicial. Si delta H es negativo, entonces es una reacción exotérmica y la energía del producto es menor que la energía inicial.

La energía de activación es la cantidad de energía necesaria para iniciar la reacción. Esto significa que la línea se dibuja primero para curvarse hacia arriba, desde la energía inicial (normalmente establecida en 0 kJ), y luego se curva hacia abajo hasta la energía final.