Entalpía estándar de formación: explicación y cálculos

Publicado el 7 septiembre, 2020

Energía de las reacciones químicas

Algunas reacciones químicas son muy enérgicas. Un gran ejemplo es la reacción de la termita. Esta es una reacción química clásica que la televisión y los cineastas adoran usar porque es muy dramática. De hecho, los creadores de Breaking Bad lo usaron para destruir una cerradura en la puerta de un almacén.

Esta reacción química es bastante simple. El polvo de aluminio y el óxido de hierro reaccionan juntos para formar óxido de aluminio y hierro fundido. Es una reacción espectacular, altamente exotérmica, donde se emite mucho calor.

Ahora, técnicamente hablando, esta reacción no es explosiva porque no se forma gas. Pero es tan enérgico que produce temperaturas localizadas muy altas. En las cantidades correctas, ciertamente es posible crear suficiente calor para derretir una cerradura, ¡aunque fácilmente podría incendiar la puerta y los alrededores al mismo tiempo!

Una gran pregunta que podría hacer sería cuánta energía se necesita para derretir y destruir una cerradura. No es que esté sugiriendo que hagas esto de verdad, pero es divertido saberlo en teoría. Para responder a esta gran pregunta, necesitamos averiguar la energía o el cambio de entalpía de la reacción.

En esta lección, aprenderemos una forma de calcular el cambio de entalpía de reacciones químicas utilizando entalpías de formación estándar.

Entalpía estándar de formación

La entalpía estándar de formación se define como el cambio de entalpía cuando se forma 1 mol de compuesto a partir de sus elementos en condiciones estándar. Las condiciones estándar son 1 atmósfera de presión y 25 grados Celsius. El símbolo que verá es delta H0f , donde el subíndice f significa formación y el pequeño 0 le indica que son condiciones estándar.

Vale la pena saber que algunos libros de texto usan un término diferente para la entalpía estándar de formación y ese es “calor estándar de formación”. Estos son exactamente lo mismo, así que no se confunda. Estos términos son simplemente intercambiables.

Encontrará entalpías de formación estándar para compuestos en tablas de datos en cualquier libro de texto. Nunca necesitarás recordarlos. Tengo una mesa con solo algunos de ellos aquí. Las unidades se dan en kJ / mol.

Compuestodelta Hf (kJ / mol)Compuestodelta Hf (kJ / mol)
AgBr (s)-100,4Al2O3 (s)-1676,7
CH4 (g)-74,8CO2 (g) -393,5
Fe2O3 (s)-824,2H2O (l)-285,8
NH3 (g)-46,1NaOH (s)-425,6

Encontrará que la mayoría de las entalpías de formación son negativas. Esto significa que la formación de la mayoría de los compuestos a partir de sus elementos es exotérmica.

Notará en mi tabla, y en la mayoría de las tablas de datos, que los elementos no están incluidos. Este es un punto realmente importante. A todos los elementos se les asigna 0,00 kJ / mol. Esto es por dos razones. En primer lugar, sabemos que no existe la energía cero porque la energía no se puede crear ni destruir. Así que necesitamos tener un cero arbitrario con el que podamos comparar todo. Los elementos fueron elegidos como este cero arbitrario porque no hacemos elementos, hacemos compuestos. Los elementos se encuentran naturalmente en la Tierra.

Cálculo del cambio de formación de entalpía

Acabamos de aprender que existe un valor de entalpía cuando se forman compuestos. Resulta que podemos usar esto para calcular el cambio de entalpía, delta H , para una reacción química.

La razón por la que esto funciona es porque la entalpía es una propiedad del estado. Esto significa que no importa cómo lleguemos allí; todo lo que importa es dónde comenzamos y dónde terminamos. Entonces, para cualquier reacción, delta H se puede calcular imaginando que la reacción tiene lugar en dos pasos.

  1. Los reactivos se convierten en elementos.
  2. Los elementos se convierten en productos.

Esto significa que podemos calcular el cambio de entalpía de cualquier reacción usando esta ecuación muy útil:


Cambio de entalpia
nulo

No te asustes por los extraños símbolos. El gracioso signo E es solo el símbolo de ‘la suma de’. Entonces, todo lo que estamos haciendo es sumar todas las entalpías de formación de los productos y luego restar todas las entalpías de formación de los reactivos.

Bien, volvamos a nuestra reacción de termita y calculemos el cambio de entalpía de reacción usando entalpías de formación.

Aquí tenemos la ecuación química balanceada para la reacción de la termita. 2 moles de aluminio reaccionan con 1 mol de óxido de hierro, formando 2 moles de hierro y 1 mol de óxido de aluminio.


Reacción de termita
nulo

Traigamos de vuelta nuestra tabla de entalpías de formación. Nuevamente, nunca necesitará memorizarlos porque siempre puede buscarlos. Además, recuperemos nuestra ecuación de entalpía de reacción de antes.

Ahora podemos comenzar el cálculo. Recuerde que dijimos que los elementos en sus estados estándar pueden ignorarse, porque sus entalpías de formación son cero. Entonces, podemos eliminarlos.

Podemos escribir, simplemente, que el cambio en la entalpía es igual a la formación delta H del óxido de aluminio menos la formación delta H del óxido de hierro. Mirando la tabla, ubicamos nuestros compuestos y conectamos los números a la ecuación.

Ahora tenemos 1 mol a -1675.7 kJ / mol como nuestra suma de productos, menos 1 mol a -824.2 kJ / mol como nuestra suma de reactivos. Esto equivale a una entalpía de reacción de – 851,5 kJ.

Vaya, esa es una reacción muy exotérmica y se produce mucho calor. ¡Y esto es solo por un lunar! ¿Te imaginas lo espectacular que sería esto con más? Ciertamente suficiente calor para derretir y destruir la cerradura, ¡o incluso quemar la puerta del almacén!

Resumen de la lección

En esta lección, ha aprendido que la entalpía estándar de formación se define como el cambio de entalpía cuando se forma 1 mol de compuesto a partir de sus elementos en condiciones estándar. Cuando hablamos de condiciones estándar , queremos decir que los elementos están a 1 atmósfera de presión y 25 grados C. Se usa un pequeño signo de grado para mostrar que estamos en condiciones estándar. La entalpía de formación de todos los elementos en condiciones estándar es cero. Finalmente, sabemos que la entalpía es una propiedad del estado, por lo que podemos usar las entalpías de formación para calcular el cambio de entalpía para cualquier reacción química.

Los resultados del aprendizaje

Debería tener la capacidad de hacer lo siguiente después de esta lección:

  • Definir la entalpía estándar de formación.
  • Identificar las condiciones estándar y la entalpía de formación de elementos.
  • Explicar cómo usar las entalpías de formación para calcular el cambio de entalpía para una reacción química.

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