BROWN Quim11ed Cap05

8/9/2019 BROWN Quim11ed Cap05

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Theodore L. Brown; H. Eugene LeMay,Jr. y Bruce E. Bursten

QUMICA LA CIENCIA CENTRAL11a edicin

John D. Bookstaver St. Charles Community College, Cottleville, MO


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!Termoqumica


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2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechosreservados.

Termoqumica Energa

La energa es la habilidad ara reali!artraba"o o trans#erir calor. $ % la energa que se utili!a ara rovocar

que un ob"eto con masa se mueva se lellama traba"o .

$ % la energa utili!ada ara rovocar que latem eratura de un ob"eto aumente se lellama calor .


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Termoqumica Energa otencial

La energa otencial es la energa que oseeun ob"eto en virtud de su osici&n o

com osici&n qumica.


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Termoqumica Energa cin'tica

La energa cin'tica es la energa que oseeun ob"eto en virtud de su movimiento.

()KE *

mv )


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Termoqumica +nidades de energa

La unidad del S ara la energa es el "oule - / .

Se sigue utili!ando am liamente unaunidad antigua -que no ertenece al S /0la calora -cal/ .( cal * 1.(21

( * ( 3g m )

s )


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4e#iniciones0Sistema y entorno

El sistema incluye a lasmol'culas que se quieren

estudiar -aqu, lasmol'culas de hidr&geno yo5geno/.

El entorno es todo lodem6s -aqu, el cilindro yel ist&n/.

Termoqumica


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Termoqumica 4e#iniciones0 traba"o

La energa utili!adaara mover un ob"etouna distancia es eltraba"o .

w * F d donde w es el traba"o,

F es la #uer!a, y d es ladistancia sobre la cualse e"erce la #uer!a.


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Termoqumica Calor

La energa tambi'nuede trans#erirse

como calor. El calor #luye de los

ob"etos m6scalientes a losob"etos m6s #ros.


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Termoqumica Conversi&n de energa

La energa uede convertirse de un ti o aotro.

7or e"em lo, el ciclista arriba tiene energaotencial mientras ermanece en la artesu erior de la colina.


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Termoqumica Conversi&n de energa

% medida que desciende or la colina, su energaotencial se convierte en energa cin'tica.

En la arte in#erior, toda la energa otencial quetena en la arte su erior es ahora energacin'tica.


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Termoqumica 7rimera ley de latermodin6mica

La energa no se crea ni se destruye.

En otras alabras, la energa total del universo esuna constante8 si el sistema ierde energa, debe

ser ganada or el entorno y viceversa.


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Termoqumica Energa interna

La energa interna de un sistema es la suma detodas las energas cin'ticas y otenciales detodos los com onentes del sistema8 a lo quellamamos E.


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Termoqumica Cambios en la energa interna

Si E : ;, E #inal : E inicial

$7or lo tanto, el sistemaabsorbi energa delentorno.

$ % este cambio de

energa se le llamaenderg&nico .


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Si E < ;, E #inal < E inicial

$ 7or lo tanto, elsistema libera energaal entorno.

$ % este cambio de

energa se le llamae5erg&nico .


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Cuando seintercambia energa

entre el sistema y elentorno, seintercambia comocalor - q/ o como

traba"o - w /. Esto es, E * q = w.


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Termoqumica E , q , w , y sus signos


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Termoqumica ntercambio de calor entre elsistema y el entorno

Cuando el sistema absorbe calor del entorno,el roceso es endot'rmico .


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Termoqumica ntercambio de calor entre elsistema y el entorno

Cuando el sistema absorbe calor del entorno,el roceso es endot'rmico .

Cuando el sistema libera calor al entorno, elroceso es e5ot'rmico .


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Termoqumica >unciones de estado

?eneralmente, no hay #orma de conocer laenerga interna del sistema8 determinar estevalor es un roblema muy com le"o.


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Sin embargo, sabemos que la energa interna deun sistema es inde endiente de la #orma en la cualel sistema alcan!& ese estado.

$ En el siguiente sistema, el agua udo alcan!ar la

tem eratura ambiente a artir de cualquierdirecci&n0


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Termoqumica >unciones de estado 7or lo tanto, la energa interna es una #unci&n de

estado.

S&lo de ende del estado resente del sistema, no enla #orma en la que el sistema lleg& a ese estado.

@ as, E s&lo de ende de E inicial y E #inal.


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Sin embargo, q y w no son#unciones de estado.

@a sea que la batera est'en cortocircuito o est'descargada or hacer#uncionar el ventilador, su E es la misma.

$ 7ero q y w son distintosen los dos casos.


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Termoqumica Traba"o

+sualmente, en uncontenedor abierto elAnico traba"o reali!adoes or un gasem u"ando el entorno-o el entorno

em u"ando el gas/.


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Termoqumica Traba"o

7odemos medir el traba"o reali!ado or elgas si la reacci&n se lleva a cabo en unreci iente que ha sido equi ado con unist&n.

w * BP V


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Termoqumica Ental a Si un roceso tiene lugar a resi&n constante

-como la mayora de los rocesos queestudiamos/ y el Anico traba"o reali!ado eseste traba"o resi&nBvolumen, odemos

e5 licar el #lu"o de calor durante el rocesomidiendo la ental a del sistema.

La ental a es la energa interna m6s el

roducto de la resi&n y el volumen0

H * E = PV


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Termoqumica Ental a

Cuando el sistema cambia a resi&nconstante, el cambio de ental a, H , es0

H * -E = PV / Esto uede escribirse como0

H * E = P V


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Termoqumica Endotermicidady e5otermicidad

+n roceso esendot'rmico

cuando

H esositivo.

d d d


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Termoqumica Endotermicidady e5otermicidad

+n roceso esendot'rmico

cuando

H esositivo. +n roceso es

e5ot'rmicocuando H esnegativo.


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Termoqumica Ental a de la reacci&n

El cambio deental a, H , es la

ental a de losroductos menos laental a de losreactivos0

H * H roductos 9 H reactivos


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Termoqumica Ental a de la reacci&n

% esta cantidad, H , se le llama ental a dela reacci&n o calor de la reacci&n .

L d d d l


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Termoqumica La verdad acerca de laental a

(. La ental a es una ro iedad e5tensiva.

). El H ara una reacci&n en la direcci&n

directa es igual en tama o, ero o uestoen signo, al H ara la reacci&n inversa.

D. El H ara una reacci&n de ende del

estado de los roductos y del estado delos reactivos.


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Termoqumica Calorimetra

4ebido a que noodemos conocer laental a e5acta delos reactivos yroductos, medimosel H or medio de

un calormetro , lamedici&n del #lu"o decalor.

C id d l #i


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Termoqumica Ca acidad calor#icay calor es ec#ico

La cantidad de energa requerida araaumentar la tem eratura de una sustancia (

-(C/ es su ca acidad calor#ica .


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C id d l #i


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Termoqumica Ca acidad calor#icay calor es ec#ico

7or tanto, el calor es ec#ico es

Calor es ec#ico *calor trans#erido

masa cambio de tem eratura

s *q

m T

C l i t i&


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Termoqumica Calorimetra a resi&nconstante

%l llevar a cabo unareacci&n en unadisoluci&n acuosa, se

uede medirindirectamente, en uncalormetro sencillo como'ste, el cambio de calor

ara el sistema midiendoel cambio de calor delagua en el calormetro.

C l i t i&


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Termoqumica Calorimetra a resi&nconstante

4ebido a que el calores ec#ico de agua esbien conocido -1.(21 FgB

/, odemos medir el H ara la reacci&n con estaecuaci&n0q * m s T


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Termoqumica Gomba calorim'trica

La reacciones uedenllevarse a cabo en unaHbombaI sellada como

'sta. El calor absorbido -o

liberado/ or el agua esuna muy buenaa ro5imaci&n delcambio de ental aara la reacci&n.


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Termoqumica Gomba calorim'trica

4ebido a que elvolumen en la bombacalorim'trica esconstante, lo que

realmente se mide es elcambio en la energainterna, E , no H .

7ara la mayora de las

reacciones, ladi#erencia es muyeque a.


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Termoqumica Ley de Jess

La H es bien conocida ara variasreacciones y no es conveniente medir H ara cada reacci&n en la queestemos interesados.

Sin embargo, odemos estimar H

utili!ando valores de H ublicados ylas ro iedades de la ental a.


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La ley de Jessestablece que Hsi unareacci&n se lleva a

cabo en una serie deeta as, H ara lareacci&n general ser6igual a la suma de los

cambios de ental aara las eta asindividualesI.

d


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4ebido a que H es una#unci&n de estado, elcambio de ental a total

Anicamente de ende delestado inicial de losreactivos y del estado#inal de los roductos.

l d


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Termoqumica Ental as de #ormaci&n

La ental a de #ormaci&n, H f , se de#inecomo el cambio de ental a ara la

reacci&n en la que se #orma uncom uesto a artir de sus elementosconstituyentes en sus #ormas

elementales.

l d i& 6 d


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Termoqumica Ental as de #ormaci&n est6ndar

Las ental as de #ormaci&n est6ndar, H f K, semiden ba"o condiciones est6ndar -) KC y (.;; atm de resi&n/.

C6l l d H


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Termoqumica C6lculo de H

magine que esto se lleva acabo en tres eta as0

CDJ 2 - g / = O ) - g / D CO ) - g / = 1 J ) O -l /

CDJ 2 - g / D C -grafito / = 1 J ) - g /D C -grafito / = D O ) - g / D CO ) - g /

1 J ) - g / = ) O ) - g /

1 J ) O -l /

C6l l d H


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magine que esto se lleva acabo en tres eta as0

CDJ 2 - g / = O ) - g / D CO ) - g / = 1 J ) O -l /


1 J ) - g / = ) O ) - g /

1 J ) O -l /


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C6l l d H


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Termoqumica

CDJ 2 - g / = O ) - g / D CO ) - g / = 1 J ) O -l /


1 J ) - g / = ) O ) - g / 1 J ) O -l /

C DJ 2 - g / = O ) - g / D CO ) - g / = 1 J ) O -l /

C6lculo de H

La suma de estasecuaciones es0

C6l l d H


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7odemos utili!ar la ley de Jess de estamanera0

H * n H f Kroductos $ m H f K reactivos

donde n y m son los coe#icientesestequiom'tricos.


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E l li t


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Termoqumica Energa en los alimentos

La mayor arte del combustible en los alimentosque consumimos roviene de los carbohidratos ylas grasas.


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Todos "os derechos est#n reservados. $inguna %arte de "a%u&"icacin %uede re%roducirse, registrarse o trans'itirse en(or'a a"guna ni %or 'edio a"guno, sea e"ectrnico, 'ec#nico,(oto)u*'ico, gra&acin o cua")uier otro, sin e" %er'iso %revio

%or escrito de" editor.

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Esta obra est6 rotegida or las leyes de derecho de autor y se ro orciona

solamente ara que la utilicen los instructores en la ense an!a de sus cursos y en la

evaluaci&n del a rendi!a"e de los estudiantes. Qo se ermiten la di#usi&n ni venta de

cualquier arte de la obra -incluyendo en la Rorld Ride Reb/, ya que as se

destruira la integridad de 'sta. La obra y el material que de ella sur"a nunca deber6n

onerse a dis osici&n de los estudiantes, aunque aqu se e5ce tAa a los instructores

que usen en sus clases el te5to que la acom a a. Se es era que todos los

rece tores de la obra acaten tales restricciones, as como que cum lan los

ro &sitos edag&gicos y las necesidades de otros instructores que con#an en

dichos materiales.

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