Entalpía: Transferencia de energía en procesos físicos y químicos

Cambio de entalpia

Consideremos dos procesos comunes, una fotosíntesis de una planta y una vela encendida. Ambas son reacciones químicas, por lo que hay un cambio de reactivos en productos. Ambos procesos también implican un cambio de energía. Un cambio de energía acompaña a cada reacción química. El cambio de entalpía es la medida del cambio de energía durante una reacción química. Así que miremos cada proceso y veamos si podemos ver qué está pasando.

Primero, la vela encendida: la cera reacciona con el oxígeno, forma una llama y produce dióxido de carbono y agua. Si pones la mano cerca de la llama, te quemarás porque está caliente. La llama desprende calor.

Por otro lado, la planta simplemente está sentada absorbiendo los rayos UV del sol. Esta vez, el calor viene del sol y se dirige a la hoja.

Entonces, ¿puedes decir qué hay de diferente en estos dos procesos en términos de energía o calor? No se preocupe si no puede explicarlo del todo. Al final de esta lección, podrá hacerlo. Esta lección trata sobre la transferencia de calor y energía durante las reacciones químicas.

Energía, calor y temperatura

La energía está en el centro de todo lo que hacemos, pero en realidad es realmente difícil definirla con precisión. Definiré simplemente energía como la capacidad de trabajar o producir calor.

Un tipo importante de energía es la energía potencial . La energía potencial es energía debida a la posición o composición. La energía potencial está presente en los enlaces químicos de las moléculas.

Una de las características más importantes de la energía es que se conserva. La Ley de Conservación de la Energía establece que la energía no se puede crear ni destruir. Se convierte de una forma a otra. Esta ley también se conoce como la Primera Ley de la Termodinámica .

Si volvemos a la vela y la planta, podemos ilustrar esto. Para la vela, la energía potencial está contenida en la cera de la vela y se libera oxígeno. Luego se transfiere a la energía potencial de los productos. La energía extra que queda se transfiere en forma de calor.

Para la planta, la energía de los rayos ultravioleta del sol y el dióxido de carbono se transfieren a los productos, que son oxígeno y glucosa. Esta vez, sin embargo, no hay exceso de energía. De hecho, hay un déficit de energía, por lo que la planta absorbe el calor del sol para compensar este déficit. Transferencias de calor a la planta. Para ambas reacciones, la energía se transfiere de una forma a otra.

Consideremos ahora dos conceptos muy importantes que a menudo se confunden: calor y temperatura. La temperatura es una medida del movimiento aleatorio de partículas. Podemos medir fácilmente la temperatura usando un termómetro. El aire alrededor de la llama de la vela está a una temperatura mucho más alta que más lejos. El calor es la transferencia de energía entre dos objetos debido a la diferencia de temperatura. Es importante saber que la transferencia de calor es siempre de caliente a frío y nunca al revés. En ambas reacciones, el calor se transfiere hacia adentro o hacia afuera.

Procesos exotérmicos y endotérmicos

Ahora vamos a considerar la dirección de la transferencia de calor durante una reacción química. Para enfocarnos realmente en una reacción química específica, tenemos que dividir el universo en dos. El sistema es la parte del universo que nos interesa. El entorno incluye todo lo demás en el universo.

Para una vela encendida, los reactivos y productos son el sistema. Los alrededores son el aire de la habitación y cualquier otra cosa. Cuando una reacción da como resultado la emisión de calor, se denomina exotérmica . La energía, en forma de calor, fluye fuera del sistema. La vela está encendida y la energía sale del sistema en forma de calor.

Las reacciones que absorben la energía térmica del entorno se denominan endotérmicas . El calor fluye hacia el sistema. Nuestra planta es un gran ejemplo de proceso endotérmico; está absorbiendo el calor del sol. Es importante darse cuenta de que la transferencia de calor dentro o fuera del sistema es igual a la cantidad de calor perdido o ganado en los alrededores. Debe conservarse la energía.

Cambio de entalpía revisado

Hasta ahora, hemos aprendido que un cambio de energía acompaña a cada reacción química. También hemos visto que las reacciones pueden emitir calor o absorber calor. Pero, ¿cómo medimos el cambio de energía de una reacción? Aquí es donde entra en juego el cambio de entalpía. Con nuestro nuevo conocimiento, puede pensar en el cambio de entalpía como la cantidad de calor absorbido o liberado por una reacción química. Veamos los cambios de entalpía para nuestros dos ejemplos.

Cuando una vela arde, la energía potencial de los reactivos se ha transferido a los productos. Aquí puede ver que la energía potencial del sistema ha disminuido. La energía extra que queda de la reacción se transfiere al entorno en forma de calor.

Recuerde que el calor ganado por los alrededores debe ser igual al calor perdido por el sistema. Podemos medir el cambio de temperatura del entorno y podemos relacionarlo directamente con el cambio de entalpía de un sistema. En una reacción exotérmica, la energía potencial de los productos es menor que la de los reactivos. El calor se ha transferido a los alrededores y la temperatura de los alrededores aumenta.

Para la fotosíntesis de nuestra planta, nuevamente la energía potencial de los reactivos se ha transferido a los productos. Pero esta vez, los productos tienen mayor energía; la energía extra es transferida al sistema por la planta que absorbe la energía térmica del sol. Nuevamente, podemos medir el calor del entorno y relacionarlo directamente con el cambio de entalpía del sistema. En una reacción endotérmica, la energía potencial de los productos es mayor que la de los reactivos. El calor se ha transferido del entorno y la temperatura del entorno desciende.

Notará que en cada diagrama tenemos un símbolo delta H; este es el cambio de entalpía:

Cambio en entalpía

Es muy fácil calcular la cantidad de cambio de entalpía de una reacción. Puede usar esta ecuación simple: todo lo que tiene que hacer es sumar todas las entalpías de los productos y luego restar todas las entalpías de los reactivos. ¡La diferencia entre los dos es el cambio de entalpía!

Si la diferencia termina con un número negativo, entonces tienes una reacción exotérmica. Si la diferencia termina como un número positivo, entonces tienes una reacción endotérmica. Asegúrese de no perder el signo positivo para tener claro qué tipo de reacción tiene.

Resumen de la lección

En esta lección ha aprendido que la entalpía es la energía transferida durante una reacción química. La Ley de Conservación de la Energía nos dice que la energía no se crea ni se destruye. Se transfiere de una forma a otra. La temperatura y el calor no son lo mismo. La temperatura es una medida del movimiento aleatorio de las partículas en el sistema y el calor es la transferencia de energía debido a una diferencia de temperatura.

En una reacción exotérmica , la energía potencial del sistema disminuye y se emite calor. En una reacción endotérmica , la energía potencial del sistema aumenta y se absorbe calor. El cambio de entalpía de una reacción es la diferencia entre la suma de las entalpías de los productos y la suma de las entalpías de los reactivos, y la cantidad de calor intercambiado. con el entorno puede estar directamente relacionado con el cambio de entalpía de la reacción.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya terminado con esta lección, tendrá la capacidad de:

• Definir entalpía
• Recordemos la Ley de Conservación de Energía
• Diferenciar entre temperatura y calor
• Describir las diferencias en reacciones exotérmicas y endotérmicas.
• Explica cómo determinar el cambio de entalpía en una reacción.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador