Ecuaciones termoquímicas

Termoquímica y reacciones

Si la energía siempre se conserva, ¿de dónde viene la energía para que sucedan las reacciones? Esta adición (o pérdida) de energía no suele incluirse en la reacción. Pero, cuando escribimos una ecuación termoquímica, incluimos esta transferencia de energía. Según la Ley de Conservación de Energía de Newton, la energía total de un sistema siempre se conserva (permanece igual).

La energía se puede transferir a través de la luz, el movimiento y el calor. En una reacción química, la energía se utiliza o se libera. Si se libera energía, la reacción es exotérmica (energía ex su). Si la energía se transfiere en (energía en tros), entonces es endotérmica .

La transferencia de energía en las ecuaciones químicas se puede medir midiendo la transferencia de calor. Los enlaces entre los átomos contienen energía. Cuando esos enlaces se rompen, esa energía se libera, a menudo en forma de calor. Se puede usar un calorímetro para medir la cantidad de calor liberado cuando se rompen los enlaces. Esto se hace quemando el compuesto hasta que sean átomos individuales para encontrar la cantidad de energía retenida en los enlaces. Entonces podemos determinar cuánta energía hay en un compuesto. La cantidad de energía contenida en un compuesto se llama entalpía de combustión o formación . Estas entalpías se han registrado en gráficos.

Cálculos de cambio físico

Para calcular cuánta energía se ha transferido en una reacción, necesitamos conocer la energía inicial y final. Observamos la energía total de todos los reactivos y la energía total de todos los productos y determinamos la diferencia (productos menos reactivos).

Incluso los cambios físicos pueden tener un cambio de energía. Un ejemplo es el agua que pasa de un líquido a un gas. La energía total en el agua líquida es -285 kJ / mol y la energía total en el agua gaseosa es -242 kJ / mol. Si rompemos todos los enlaces en agua líquida, libera 285 kJ / mol, pero si rompemos todos los enlaces en agua gaseosa, solo libera 242 kJ / mol. Esto significa que cuando el agua se cambia de líquido a gas, hay una liberación de energía al medio ambiente de 43 kJ / mol (-285 – (-242) = -43). Esto tiene sentido porque los enlaces en el agua gaseosa no están tan ordenados, por lo que no retienen tanta energía en ellos como los del agua líquida. La ecuación termoquímica correctamente equilibrada incluye el delta -43kJ / mol:

Cuando retrocedemos en una ecuación, el signo de la energía cambia. Para pasar de agua gaseosa a agua líquida, necesitamos aportar 43 kJ / mol de energía. Necesitamos agregar calor o energía.

Cuando miramos el cambio de energía, estamos viendo la diferencia desde el principio hasta el final. A menudo, todavía se necesita poner en algún lugar en el medio la energía, llamada energía de activación, pero una vez que se realiza la reacción exotérmica, se encuentra en un estado de energía más baja.

Cálculos de reacción exotérmica

Veamos otro ejemplo, esta vez donde los bonos reales se están reorganizando.

Si se nos da la información de que el calor de formación para cada uno de los compuestos es el siguiente:

• Fosfato de sodio: -1936 kJ / mol
• Cloruro de magnesio: -642 kJ / mol
• Cloruro de sodio: -411 kJ / mol
• Fosfato de magnesio: -466 kJ / mol

Sumando la energía total en cada uno de los reactivos da:

(2 * -1936) + (3 * -642) = -5798.

Hay un total de -5798 kJ / mol de energía en los reactivos.

La energía total en los productos es:

(6 * -411) + (- 466) = -2,932.

Hay -2932 kJ / mol de energía en los productos.

Dado que -5798 – (-2932) = -2866, hubo una liberación de 2866 kJ / mol de energía, probablemente en forma de calor.

El signo negativo significa que se liberó energía. Observe que multiplicamos cada compuesto por el coeficiente estequiométrico, que es el número de moles de cada compuesto en la ecuación química balanceada. Esto se debe a que el calor de combustión se da por mol, por lo que si la reacción tiene dos moles de fosfato de sodio, entonces necesitamos multiplicar el calor de combustión por dos.

Cálculos de reacción endotérmica

Para que se produzca una reacción endotérmica, es necesario poner energía en la reacción. Recuerde que las reacciones exotérmicas aún pueden necesitar un aporte de energía de activación, pero al final liberan toda esa energía y más. Con las reacciones endotérmicas, es necesario aportar energía y, al final, no se liberará.

Una reacción endotérmica muy importante es la fotosíntesis. Durante la fotosíntesis, la energía adicional proviene de la luz en lugar del calor.

Entalpía de formación:

• Dióxido de carbono: -394 kJ / mol
• Agua: -286 kJ / mol
• Glucosa: -1275 kJ / mol
• Oxígeno: 0 kJ / mol

Reactivos: (6 * -394) + (6 * -286) = -4,080

Productos: -1275 + (6 * 0) = -1275

Cambio: -1275 – (-4080) = 2805

Hubo un cambio de 2805 kJ / mol positivo. Esto significa que se tuvieron que agregar 2805 kJ / mol de energía para que las plantas pudieran crear glucosa. Se necesita mucha energía para que las plantas produzcan glucosa. La ecuación balanceada incluye la energía de la luz:

Resumen de la lección

Las ecuaciones termoquímicas incluyen la transferencia de energía para que podamos ver si la reacción es exotérmica o endotérmica . La cantidad de energía en un compuesto se puede determinar quemándolo en un calorímetro y viendo cuánto calor emite. Estas entalpías se han determinado previamente y se pueden encontrar en una tabla de entalpía de formación o de combustión .

Para calcular si una reacción es endotérmica o exotérmica, primero agregue la entalpía total de formación de los reactivos y la energía total de formación de los productos. Luego, reste la energía total del reactivo de la energía total del producto. Si el resultado es que se liberó energía negativa y es exotérmica. Si el resultado es positivo, utiliza energía y es endotérmico.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador