Calor de reacción, entalpia de reacción de formación y de combustión, entropía, energía libre de Gibbs.

 

entalpia entropia y energia libre de Gibbs

Concepto de Entalpía: ¿Qué es Entalpia?

La entalpía se escribe con un triangulo, una H en mayúscula y un cerito:

El cerito significa condiciones estándar, en decir a 25 grados centígrados o lo que es lo mismo 298 grados kelvin y 1 atmosfera de presión.

La H mayúscula lógicamente significa entalpia y el triángulo significa variación y en entalpías hay que ponerlo siempre. (En entropías solo se pone en la entropía de reacción no en la de formación)



ERROR COMÚN: El triángulo en entalpías hay que ponerlo tanto en la entalpía de formación de cada elemento como en la de reacción

 

Entalpía de Reacción, de Formación y de Combustión

La entalpía de formación se define como el calor que coge o desprende una sustancia al formarse a partir de sus átomos.

Es un valor que esta tabulado. Es un dato que te dan en los ejercicios, por suerte no te  lo tienes que estudiar.

Aunque si practicas todo lo que tienes que practicar te acabarás aprendiendo de memoria la entalpía del agua y del dióxido de carbono porque aparecen en todos los ejercicios.

 

entalpia en condiciones estandar entalpia de reaccion

Entalpia en condiciones estándar: Entalpia de reacción

Por cierto, también suelen aparecer  muchos compuestos orgánicos como el etanol, etano, metanol que aprenderás en formulación orgánica.

 

La entalpía de un  elemento (en su estado estándar) es cero: es decir, la entalpía del oxígeno, hidrógeno, nitrógeno… y cualquier elemento es 0.

ERROR COMÚN: No confundas condiciones estándar con las condiciones normales de los gases ideales (T= 0º = 273 k y P=1 atm  1 mol = 22, 4 litros)




La entalpía de reacción es la que se escribe al final de la reacción. Las reacciones que estudias son principalmente combustiones, es decir quemas. (Hay más tipos de reacciones como síntesis, redox, ácido-base…).

La entalpía de reacción tiene una fórmula que básicamente es la resta de la entalpía de los productos menos los reactivos multiplicados por sus índices estequiométricos.

Los índices son los números que resultan de ajustar la reacción.

ERROR COMÚN: Recuerda siempre ajustar la reacción

 

Acuérdate también de escribir todos los números, letras y los estados (solido, liquido, gas o en disolución acuosa) de los elementos, ya que en caso contrario y dependiendo de lo estricto que sea el profesor te quitaría algún punto, incluso te lo puede contar como mal.

 

Ten en cuenta que en los ejercicios te pueden pedir tanto la entalpía de reacción dándote la de cada compuesto o la de un compuesto dándote la total.

 

Entalpias: Formulas y Teoría Termoquímica

Entalpías, Entropía, Energía Libre de Gibbs, Ley de Hess, Calor de reacción.

En este apartado puedes encontrar teoría de 2 de bachiller de química de entalpías  en euskera y castellano:

Todos los documentos están en formado pdf para que te los puedas descargar cómodamente:



 


Entalpia Ejercicios Resueltos en Pdf y Exámenes Selectividad

En este apartado puedes encontrar exámenes de institutos de 2 de bachiller de química tanto en castellano como en euskera y ejercicios resueltos de termoquímica.

Institutos de Vizcaya tales como Beurko, Trueba, Minas, Salesianos y la Inmaculada.

 

Reacciones Endotérmicas y Exotérmicas

La entalpía es el calor que se absorbe o se desprende en una reacción:

  • Si la reacción coge calor es endotérmica y el signo de la entalpía es positivo
  • Si la reacción da o suelta calor es exotérmica y el sino es negativo. Las combustiones son exotérmicas.

 

Diferencias entre la entalpia de reacción y formación

Diferencias entre la entalpia de reacción y formación

 

La entalpía se mide en kilojulios entre mol (Kj/mol). Ten mucho cuidado con las unidades ya que, como veremos, la entropía se mide en julios entre mol y grado kelvin ( J/mol k) y en la fórmula de la Energía libre de Gibbs se mezclan las dos.

 

ERROR COMÚN: Dividir la entropía entre mil y pasarla a kj para que este en las mismas unidades que la entalpía

 

La entalpía también se puede medir en kilocalorías y aunque muy pocas veces ha entrado en selectividad es conveniente que sepas pasar de una unidad a otra:

 

1 caloría son 4,18 julios

Con lo que lógicamente:

1 kilocaloría son 4,18 kilojulios

Asegúrate de que todos los datos están en la mismas unidades para poder sumarlos o restarlos.




Cuando hagas un ejercicio en un examen  y obtienes que la entalpía es mayor que cero deberías escribir:

ΔH < 0, desprende calor, exotérmica

Es una chorrada, y todo el mundo lo sabe (todo el mundo que estudie química de 2 bachiller) pero a los profesores les gusta que lo pongas.

 

Ley de Hess Termoquímica

Por desgracia ha caído pocas veces en selectividad,  lo cual es una pena porque es super fácil.

En vez de utilizar la fórmula de entalpía de productos excepto reactivos , cuando te pongan un ejercicio de ley de hess lo sabrás perfectamente ya que te dan tres reacciones y te piden hallar la entalpía de otra reacción.

Ley de Hess: Pasos a Seguir

  1. Ajustar la reacción de la que te piden la entalpía.
  2. Buscar cada elemento en las reacciones que te dan
  3. Multiplicar cada elemento por el número que tenga en la reacción que te piden (que has ajustado en el paso 1)
  4. Fijarte en el lado que está, de manera que para pasar un compuesto de la derecha a la izquierda, es decir, de reactivos a productos, lo cambias de signo o lo multiplicas por -1.
  5. Sumas la reacciones y las entalpías multiplicadas con sus correspondientes números y te sale la entalpía total.

 

ERROR COMÚN: Asegúrate de sumar las entalpías al final del ejercicio y multiplicarlas por los números correspondientes de ajustar la reacción. Ya que este es el error más común que se comete en los exámenes Dividir la entropía entre mil y pasarla a kj para que este en las mismas unidades que la entalpía




Entropía – Termoquímica

La entropía básicamente mide el desorden en una reacción. Es decir, cuando mayor es el desorden de un sistema, su entropía es mayor. Se escribe con la letra S.

Teóricamente, el valor más pequeño de entropía solo se podía conseguir a O grados Kelvin. En este cero absoluto se dice que las partículas de las sustancias están totalmente ordenadas.

En definitiva, cuanto más temperatura más entropía, ya que al aumentar la temperatura los átomos de una sustancia se mueven más.


En la práctica, la entropía se puede medir en:

  • Julios entre grados kevin y mol: jul/K.mol (recuerda que te comente en el apartado de entalpía que si tenemos que operar con ambas, la entropía se debería dividir entre mil).
  • Calorías entre grado kelvin y mol cal /K.mol (recuerda que para pasar de julios a caloría 1 cal=4.18 julios).

La entropía se calcula con una fórmula similar a la entalpía:
∆S = S productos – S reactivos

Teniendo en cuenta que el triángulo (como ya te comenté cuando explicamos entalpía) solo se pone en la entropía de reacción.

Es decir, en los productos y los reactivos no se pone variación.

 

Según los resultados de esta operación tienes tres opciones:

  • Que la ∆S > 0, lo que quiere decir que  S de productos > S de reactivos. En este caso, el desorden de la reacción aumenta y normalmente el proceso es espontáneo. Pero eso lo aclararemos en profundidad cuando te explique energía libre de Gibbs (∆G).
  • Que la  ∆S < 0, al contrario  S de productos < S de reactivos. La reacción disminuye el desorden y normalmente es no espontánea. (Se dice que la entropía del universo siempre aumenta).
  • Que ∆S = 0, en este caso, el sistema está en equilibrio. (Oreka)
Importante: En algunos exámenes de selectividad de química te piden que indiques si la entropía es positiva o negativa sin darte datos de la entropía de cada elemento o compuesto que forma parte de la reacción

En estos casos, tendrás que tener en cuenta del estado de los reactivos y productos. (Por eso es importante, como ya te comente, indicar el estado en el que se encuentra cada compuesto de la reacción: sólido, líquido, disolución acuosa o gas).

  • El estado gas es el más desordenado (temario de 4 ESO) ya que las partículas del gas pueden amoldarse al tipo de recipiente que los contenga. Es decir, el gas de un globo al explotar se dispersa por toda la habitación.
  • El estado líquido es menos desordenado que el gas ya que se amolda relativamente al recipiente. (Eso lo puedes ver al derramar un líquido).
  • El estado más ordenado es el sólido que tiene forma fija y no puede cambiar.

En resumen, la entropía de una sustancia en el estado sólido es menor que si está en estado líquido, y a su vez menor que si se encuentra en estado gas.

Teniendo en cuenta esto, para dar una aproximación de la entropía (básicamente lo que te preguntarán es si aumenta o disminuye) basta con contar los moles en reactivos y productos teniendo en cuenta en el estado que están.

Te pongo unos ejemplos de cálculo de la entropia en reacciones para que lo entiendas mejor:




2 H2(g) + O2 (g) -> 2 H2O (l)

En este caso, en  los reactivos hay tres moles de gas y el los productos dos de líquido. El líquido está más ordenador que es gas, así que la entropía disminuye

 

 Ni (s) + 2 HCl (aq) -> NiCl2 (aq) + H2 (g)

Pasamos de un sólido en los reactivos, a un gas en los productos. El gas esta más desordenado que el sólido, así que la entropía aumenta.

Como ves, este tipo de ejercicios es súper sencillo.

 


Energía libre de Gibbs

La energía de libre mide la espontaneidad de las reacciones. Se escribe ∆G. Las unidades de la energía libre de Gibbs son las mismas que la entalpía:

La energía libre de Gibbs se puede medir en:

Kilojulios entre grados mol: KJ/mol.

Kilo Calorías entre mol: Kcal /mol (recuerda que para pasar de julios a caloría 1 kcal = 4.18 kilojulios).

 

Para calcular la energía libre de Gibbs tienes dos formas:

1- Con una fórmula similar a la que se utiliza para el calculo de entalpia y entropia.

∆G =  ∆G productos – ∆G reactivos.

En este caso, al igual que  la entalpía se utiliza triángulo (que indica variación) tanto para la energía libre de Gibbs de la reacción, como para los reactivos y productos.

Recuerda ajustar la reacción y multiplicar cada valor por los números que resulten de ese ajuste

 

Para utilizar esta fórmula  te tienen que dar valores de energía libre de Gibbs de todos reactivo y productos que forman parte de la reacción.

Este tipo de ejercicios, nunca (que yo recuerde) ha aparecido en selectividad. Lo más normal en que tengas que utilizar la siguiente fórmula:

2- Con una fórmula que relaciona los tres: Entalpía, Entropía y Energía de libre de Gibbs:

ΔG = ΔH−T*ΔS

Al aplicar esta fórmula tienes que tener en cuenta:

  • Que la Temperatura tiene que estar en grados kelvin (recuerda que grado centígrado +273 es igual a grado kelvin).
  • Que la ΔS tiene que estar en Kilojulios, por lo tanto recuerda dividirla entre mil.

 

Como resultado de esta fórmula, la energía libre de Gibbs te puede dar un valor positivo, negativo o cero.

  • Si la energía libre de Gibbs es negativa quiere decir que la reacción es espontánea, es decir, que sucede naturalmente sin forzarla
  • Por el contrario, si la energía libre de Gibbs es positiva quiere decir que la reacción no es espontanea en el sentido en el que está escrita
  • Por último, si la energía libre de Gibbs es cero, la reacción está en equilibrio (oreka).





 

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