Procesos Asociados Con El Calor Y La Velocidad De Las Reacciones Químicas
8.1 Entalpia de reacción, entalpía de formación y Entalpía de Reacción
Está dada por la formula:
ΔH = H(productos) - H(reactivos)
Es decir, la entalpía de reacción será La diferencia entre las entalpías de los productos y las entalpías de los reactivos.
Esta, puede ser positiva o negativa. Si es positiva quiere decir que ha ganado energía (calor) de los alrededores, por lo tanto será una reacción endotermica. Mientras que si la entalpía de reacción es negativa, quiere decir que ha perdido energía (calor) y será una reacción exotérmica.
Entalpía de Formación
Sabemos que ΔH se calcula si se conocen las entalpías reales de todos los reactivos y productos.Sin embargo, no es posible medir el valor absoluto de entalpía de una sustancia. Solo se determinan valores relativos con respecto a una referencia arbitraria. Este punto de referencia es conocido como entalpía estándar de formación ( ΔHºf ). Se dice que las sustancias están en el estado estándar a 1 atm. Por convenio, la entalpía estándar de formación de cualquier elemento en su forma mas estable es cero. Tomemos al oxígeno como ejemplo. El oxígeno molecular (O2) es mas estable que su otro alótropo, el ozono (O3), a 1 atm y 25ºC, asi que:
ΔHºf (O2) = 0.
ΔHºf (O3) ≠ 0.
De manera similar, el grafito es la forma alotrópica mas estable del carbono:
ΔHºf (C, grafito) = 0.
ΔHºf (C, diamante) ≠ 0.
En base a lo anterior podemos llegar a la conclusión que la entalpia estándar de formación de un compuesto como: "el cambio de calor relacionado cuando se forma un mol de compuesto a partir de sus elementos a 1atm". Es importante señalar que aunque el estado estandar no indica una temperatura, por lo general se utilizan los valores de ΔHºf a 25ºC (298.15 K).
Está dada por la formula:
ΔH = H(productos) - H(reactivos)
Es decir, la entalpía de reacción será La diferencia entre las entalpías de los productos y las entalpías de los reactivos.
Esta, puede ser positiva o negativa. Si es positiva quiere decir que ha ganado energía (calor) de los alrededores, por lo tanto será una reacción endotermica. Mientras que si la entalpía de reacción es negativa, quiere decir que ha perdido energía (calor) y será una reacción exotérmica.
Entalpía de Formación
Sabemos que ΔH se calcula si se conocen las entalpías reales de todos los reactivos y productos.Sin embargo, no es posible medir el valor absoluto de entalpía de una sustancia. Solo se determinan valores relativos con respecto a una referencia arbitraria. Este punto de referencia es conocido como entalpía estándar de formación ( ΔHºf ). Se dice que las sustancias están en el estado estándar a 1 atm. Por convenio, la entalpía estándar de formación de cualquier elemento en su forma mas estable es cero. Tomemos al oxígeno como ejemplo. El oxígeno molecular (O2) es mas estable que su otro alótropo, el ozono (O3), a 1 atm y 25ºC, asi que:
ΔHºf (O2) = 0.
ΔHºf (O3) ≠ 0.
De manera similar, el grafito es la forma alotrópica mas estable del carbono:
ΔHºf (C, grafito) = 0.
ΔHºf (C, diamante) ≠ 0.
En base a lo anterior podemos llegar a la conclusión que la entalpia estándar de formación de un compuesto como: "el cambio de calor relacionado cuando se forma un mol de compuesto a partir de sus elementos a 1atm". Es importante señalar que aunque el estado estandar no indica una temperatura, por lo general se utilizan los valores de ΔHºf a 25ºC (298.15 K).
8.2 Reacciones químicas endotermicas y reacciones químicas exotermicas.
Reacciones Exotermicas
El prefijo exo significa “hacia fuera”. Por lo tanto entendemos que las reacciones exotérmicas son aquellas que liberan energía en forma de calor. El esquema general de una reacción exotérmica puede ser escrito de la manera siguiente, donde A, B, C y D representan sustancias genéricas.
A partir de la Ley de la Conservación de Energía, podemos afirmar que “La energía total de los reactivos es igual a la energía total de los productos”.
En otras palabras, toda la energía que entró en el primer miembro de la ecuación química, debe salir íntegramente en el segundo miembro de la ecuación. De donde obtenemos la siguiente conclusión: si una reacción es exotérmica, entonces la entalpía de los reactivos (Hr ) es mayor que la entalpía de los productos(Hp ), pues una parte de la energía que estaba contenida en los reactivos fue liberada para el medio ambiente en forma de calor y apenas otra parte de esa energía quedó contenida en los productos.Entonces en una reacción exotérmica: Hr > Hp
No es posible determinar directamente la entalpía de cada sustancia participante de una reacción, pero podemos determinar experimentalmente la variación de entalpía ΔH, que ocurre cuando una reacción química es realizada.
Como en la reacción exotérmica Hr > Hp , entonces en este tipo de reacción el valor de ΔH será siempre negativo. Siendo que la reacción exotérmica: ΔH > 0.
Reacciones Endotermicas
El prefijo endo significa “hacia adentro”. Por lo tanto se entiende que las reacciones endotérmicas son aquellas que absorben energía en forma de calor. El esquema general de una reacción endotérmica puede ser escrito de la siguiente manera, donde A, B, C y D representan sustancias genéricas.
Reacciones Exotermicas
El prefijo exo significa “hacia fuera”. Por lo tanto entendemos que las reacciones exotérmicas son aquellas que liberan energía en forma de calor. El esquema general de una reacción exotérmica puede ser escrito de la manera siguiente, donde A, B, C y D representan sustancias genéricas.
A partir de la Ley de la Conservación de Energía, podemos afirmar que “La energía total de los reactivos es igual a la energía total de los productos”.
En otras palabras, toda la energía que entró en el primer miembro de la ecuación química, debe salir íntegramente en el segundo miembro de la ecuación. De donde obtenemos la siguiente conclusión: si una reacción es exotérmica, entonces la entalpía de los reactivos (Hr ) es mayor que la entalpía de los productos(Hp ), pues una parte de la energía que estaba contenida en los reactivos fue liberada para el medio ambiente en forma de calor y apenas otra parte de esa energía quedó contenida en los productos.Entonces en una reacción exotérmica: Hr > Hp
No es posible determinar directamente la entalpía de cada sustancia participante de una reacción, pero podemos determinar experimentalmente la variación de entalpía ΔH, que ocurre cuando una reacción química es realizada.
Como en la reacción exotérmica Hr > Hp , entonces en este tipo de reacción el valor de ΔH será siempre negativo. Siendo que la reacción exotérmica: ΔH > 0.
Reacciones Endotermicas
El prefijo endo significa “hacia adentro”. Por lo tanto se entiende que las reacciones endotérmicas son aquellas que absorben energía en forma de calor. El esquema general de una reacción endotérmica puede ser escrito de la siguiente manera, donde A, B, C y D representan sustancias genéricas.
8.3 Velocidad de reacción.
La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que reacciona por unidad de tiempo. Por ejemplo, la oxidación del hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta que puede tomar muchos años,[pero la combustión del butano en un fuego es una reacción que sucede en fracciones de segundo.
Se define la velocidad de una reacción química como la cantidad de sustancia formada (si tomamos como referencia un producto) o transformada (si tomamos como referencia un reactivo) por unidad de tiempo.
La velocidad de reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den choques entre las moléculas de reactivo, y la velocidad es mayor. a medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de choques y con ella la velocidad de la reacción. La medida de la velocidad de reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, bien la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo. La velocidad de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en moles/s.
La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que reacciona por unidad de tiempo. Por ejemplo, la oxidación del hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta que puede tomar muchos años,[pero la combustión del butano en un fuego es una reacción que sucede en fracciones de segundo.
Se define la velocidad de una reacción química como la cantidad de sustancia formada (si tomamos como referencia un producto) o transformada (si tomamos como referencia un reactivo) por unidad de tiempo.
La velocidad de reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den choques entre las moléculas de reactivo, y la velocidad es mayor. a medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de choques y con ella la velocidad de la reacción. La medida de la velocidad de reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, bien la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo. La velocidad de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en moles/s.
8.4 Desarrollo sustentable
Desarrollo sostenible o sustentable, término aplicado al desarrollo económico y social que permite hacer frente a las necesidades del presente sin poner en peligro la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades.
Un problema que se presenta cuando se trata de alzar el desarrollo sustentable o sostenible es el de la distribución desigual de los recursos. Algunos de ellos como el agua, el carbón o el petróleo no están distribuidos homogéneamente en todo el planeta. Tampoco la intensidad del consumo de estos recursos es homogénea, y existen grandes diferencias entre países e incluso entre habitantes de un mismo país.
Una vez que la energía total se conserva del primer para el segundo miembro de cualquier reacción química, podemos afirmar que: si una reacción es endotérmica, la entalpía de los productos Hp es mayor que la entalpía de los reactivos Hr , pues una determinada cantidad de energía fue absorbida por los reactivos en forma de calor, durante la reacción, quedando contenida en los productos. Siendo que en la reacción endotérmica: Hp > Hr.
Y siendo DH = Hp — Hr , entonces en la reacción endotérmica el valor de ΔH será siempre positivo. Siendo que en la reacción endotérmica: ΔH > 0.
Desarrollo sostenible o sustentable, término aplicado al desarrollo económico y social que permite hacer frente a las necesidades del presente sin poner en peligro la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades.
Un problema que se presenta cuando se trata de alzar el desarrollo sustentable o sostenible es el de la distribución desigual de los recursos. Algunos de ellos como el agua, el carbón o el petróleo no están distribuidos homogéneamente en todo el planeta. Tampoco la intensidad del consumo de estos recursos es homogénea, y existen grandes diferencias entre países e incluso entre habitantes de un mismo país.
Una vez que la energía total se conserva del primer para el segundo miembro de cualquier reacción química, podemos afirmar que: si una reacción es endotérmica, la entalpía de los productos Hp es mayor que la entalpía de los reactivos Hr , pues una determinada cantidad de energía fue absorbida por los reactivos en forma de calor, durante la reacción, quedando contenida en los productos. Siendo que en la reacción endotérmica: Hp > Hr.
Y siendo DH = Hp — Hr , entonces en la reacción endotérmica el valor de ΔH será siempre positivo. Siendo que en la reacción endotérmica: ΔH > 0.