Reacciones químicas
La mayoría de las reacciones químicas son en realidad una serie de reacciones. Tomemos, por ejemplo, la descomposición del azúcar en energía:
 |
En realidad, esto ocurre en decenas de pasos. La glucosa se transforma primero en glucosa-6-fosfato y finalmente en piruvato y luego en dióxido de carbono. Algunos de los electrones se colocan en ADP para producir ATP. Cuando estos electrones se eliminan para obtener energía, se utiliza oxígeno. A lo largo de todo este proceso, terminamos perdiendo agua. Pero es mucho más fácil y eficiente simplificarlo en una reacción. Todo lo que termina siendo tanto un producto como un reactivo se cancela hasta que terminamos con azúcar y oxígeno como reactivos, y dióxido de carbono y agua como productos.
Veamos un ejemplo simple usando A y B. Digamos que:
A + B = AB
y
AB + C = ABC
Entonces podemos decir que A + B + AB + C = AB + ABC. Pero dado que AB es tanto un producto como un reactivo, podemos cancelarlos y simplificar esto más en A + B + C = ABC.
Ley de Hess
Esto no solo facilita la redacción de fórmulas químicas. También simplifica el proceso de determinación del cambio de entalpía total. La ley de Hess establece que, independientemente de los múltiples pasos o intermedios de una reacción, el cambio de entalpía total es igual a la suma de cada reacción individual. También se conoce como ley de conservación de la energía. Entonces, esto significa que podemos determinar el cambio de entalpía total de A + B + C = ABC determinando el cambio de entalpía real de esta reacción. O podemos determinar el cambio de entalpía para A + B = AB y AB + C = ABC y luego sumar estos dos.
Otra forma de ver esto es con un gráfico. Digamos que se necesita mucha energía para que A y B formen AB. Pero luego, una vez que se combina con C en ABC, libera mucha energía:
 |
Entonces, podemos determinar el cambio de entalpía simplemente mirando delta H1, o podemos agregar delta H2 y delta H3. Puede que esto no tenga sentido al principio. ¿Por qué agregaríamos delta H2 y delta H3 en lugar de restar delta H2 del delta H3? Pero debemos recordar que delta H1 y delta H3 son negativos (porque bajan en la tabla de entalpía) mientras que delta H2 es positivo (porque sube en la tabla de entalpía), por lo que la suma y la resta ya están trabajando haciendo los números positivos o negativos.
Cambio de entalpia
Antes de ver algunos ejemplos reales, repasemos qué es la entalpía. La entalpía es la cantidad de energía, o calor, en un compuesto a una presión específica. Entonces, el cambio en la entalpía es cuánto cambia la entalpía total de reactivos a productos. Si se libera energía, entonces el cambio de entalpía es negativo porque la energía se liberó al medio ambiente, por lo que hay menos energía en los productos que en los reactivos. Si se usa energía, entonces el cambio en la entalpía es positivo porque la energía se tomó del medio ambiente, por lo que hay más energía en los productos que en los reactivos.
En lo que respecta a la ley de Hess, la entalpía de formación y la entalpía de combustión son muy importantes. La entalpía de formación es el cambio de entalpía necesario para crear un mol de la sustancia a partir de sus elementos puros. Mientras que la entalpía de combustión es el cambio de entalpía necesario para descomponer un mol de la sustancia en sus elementos puros. Puede encontrar tablas que enumeran la entalpía de formación y combustión. La entalpía de combustión de un compuesto siempre será la misma que la entalpía de formación, excepto que se cambiará el signo (por lo que si la entalpía de formación para el dióxido de carbono es -394 kJ, entonces la entalpía de combustión del dióxido de carbono es 394 kJ) .
 |
Ejemplo de la ley de Hess
Comencemos con la combustión del metano en dióxido de carbono y agua.
 |
Cuando miramos la tabla de entalpía de formación, vemos que el calor de formación del metano es -74,8 kJ / mol, ya que el metano está en el lado de los productos. Queremos el calor de combustión, por lo que es 74,8 kJ / mol. Para el oxígeno, es 0 kJ / mol. El dióxido de carbono es -393,5 kJ / mol; no necesitamos cambiar este signo porque usamos el calor de formación para los productos. Y para el agua, es -241,8 kJ / mol. Observe que usamos el calor de formación del agua gaseosa porque eso es lo que se usa en la ecuación.
Ahora, simplemente lo sumamos todo para determinar la diferencia para encontrar el cambio en la entalpía:
Reactivos: 74,8 + 2 (0) = 74,8 kJ / mol
Productos: -393.5 + 2 (-241.8) = -877.1 kJ / mol
Observe que multiplicamos el oxígeno y el agua por dos porque se usan dos moles. Entonces, en el lado de los productos, tenemos -877.1 kJ / mol, y en los reactivos, tenemos 74.8 kJ / mol. Entonces, cuando sumamos esto, obtenemos: 74.8 + (-877.1) = -802.3 kJ / mol. Entonces, el cambio en la entalpía para quemar gas metano en dióxido de carbono y agua es -802.3 kJ / mol. Dado que es negativo, esto significa que libera 802,3 kJ de energía por mol.
 |
Lo que realmente hemos hecho es averiguar la entalpía de la combustión para descomponer el metano en átomos de carbono e hidrógeno y agregar el calor de combustión para descomponer el oxígeno en átomos de oxígeno. Luego calculamos la entalpía de formación para formar dióxido de carbono a partir de carbono y oxígeno y la entalpía de formación para formar agua a partir de hidrógeno y oxígeno. En la reacción real, el metano no se descompone completamente en carbono e hidrógeno, pero de acuerdo con la ley de Hess, no importa, el cambio en la entalpía sigue siendo el mismo.
Resumen de la lección
Dediquemos unos minutos a revisar lo que hemos aprendido sobre la Ley de Hess, incluida su fórmula.
La ley de Hess establece que no importa qué camino tomemos de los reactivos a los productos, el cambio de entalpía siempre será el mismo. La entalpía es la cantidad de energía en un compuesto. Entonces, si el cambio en la entalpía es negativo, entonces se liberó energía en la reacción, y si es positivo, entonces se puso energía en la reacción.
La entalpía de formación es el cambio en la entalpía requerido para crear un mol de la sustancia a partir de sus elementos puros, y la entalpía de combustión es el cambio en la entalpía requerida para descomponer un mol de la sustancia en sus elementos puros.
Estos son importantes para calcular el cambio de entalpía utilizando la ley de Hess. Siempre que sepamos las entalpías de formación y combustión de cada compuesto en la ecuación, podemos determinar el cambio en la entalpía sumando cada uno.
Continúa con:
- Geometría
Ángulo de elevación: definición, fórmula y ejemplos
¿Qué es un ángulo de elevación? ¿Alguna vez ha mirado hacia arriba para ver un...
- Filosofía
Teorías de la ley moral de Epicteto, Kant y Locke
Ley moral No infrinjas la ley. Esa es una filosofía bastante buena para vivir. Si...
- Química
Ley de superposición: definición y concepto
¿Qué es la superposición? Superposición es el nombre de la observación de que, dada una...
- Química
Ciclohexano: estructura, fórmula y conformaciones
Estructura de conformación Hermann Sachse fue un simple asistente. No era un gran químico y...
Selecciona un tema para seguir aprendiendo
