Transformaciones energéticas y espontaneidad de las reacciones

La termoquímica es  el estudio de las transformaciones que sufre la energía calorífica en las reacciones químicas, surgiendo como una aplicación de la termodinámica a la química.

Un sistema termodinámico es la parte del universo que se está observando y el entorno es lo que le rodea. Distinguimos tres tipos de sistemas:

• Abierto: Intercambia materia y energía con el entorno.
• Cerrado: Intercambia energía, pero no materia con el entorno
• Aislado: No intercambia materia, ni energía con el entorno.

Las variables de estado son cada una de las propiedades de un sistema que varían mientras el sistema evoluciona, existen dos tipos de variables de estado:

• Extensivas: Dependen de la cantidad de materia del sistema.
• Intensivas: No dependen de la cantidad de materia del sistema.

Las funciones de estado son variables que solamente dependen del estado del sistema y por este motivo, su variación solo depende de la situación inicial y final del sistema y no del camino llevado en la transformación.

ACTIVIDAD I: Vídeo de variables y funciones de estado

El equilibrio es el estado de un sistema que es estable frente a una transformación infinitesimal. Existen diferentes tipos de trasformaciones:

• Reversibles: Se realiza a través de una serie continua de estados de equilibrio.
• Irreversible: Se realiza de forma no reversible.
• Isotérmica: Se realiza a temperatura constante.
• Isobárica: Se produce a presión constante.
• Isocórica: Se produce a volumen constante.
• Adiabática: No existe intercambio de calor con el entorno.

ACTIVIDAD II: Vídeo de transformaciones termodinámicas

El primer principio de la termodinámica indica que la formas de cambiar la energía interna de un sistema es mediante variaciones de calor o de trabajo. “En un sistema cerrado, la energía intercambiada en forma de calor y trabajo entre el sistema y los alrededores es igual a la variación de la energía interna del sistema”.

ACTIVIDAD III: Vídeo del primer principio de la termodinámica

Entalpía de reacción: Es el cambio de entalpía que se produce cuando se forma 1 mol de un compuesto a partir de sus elementos constituyentes en su forma elemental

Estándar de formación: Es el cambio de entalpía que se produce cuando se forma 1 mol de un compuesto a partir de sus elementos constituyentes en su forma elemental, en condiciones estándar(25ºC, 1 atm)

• ∆H < 0 EXOTÉRMICA
• ∆H  > 0 ENDOTÉRMICA

ACTIVIDAD IV: Variación de entalpia

Ley de Hess: cuando una reacción química puede expresarse como suma algebraica de otras, su calor de reacción es igual a la misma suma algebraica de los calores de las reacciones parcial.

ACTIVIDAD V:  Ley de Hess

Energía de Enlace: La energía de enlace es la cantidad de energía necesaria para romper un mol de enlaces covalentes de una especie gaseosa. La energía de enlace promedio es el valor medio de las energías de disociación de enlace de varias especies distintas que tienen un determinado enlace. Las entalpías de enlace son positivas, la ruptura de un enlace es un proceso endotérmico.

Entropía: Es una medida del grado de desorden de un sistema. En una reacción espontánea, el desorden total del sistema y de su entorno siempre aumenta y es lo que se conoce como segundo principio de la termodinámica.

ACTIVIDAD VI: Concepto de entropia
ACTIVIDAD VII: Segundo principio de la termodinámica

Energía Libre: es una magnitud termodinámica extensiva (depende de la cantidad de sistema) que se emplea para saber si una reacción será espontánea o no:

∆𝐺=∆𝐻–𝑇·∆𝑆

• ∆G < 0 Reacción ESPONTÁNEA 
• ∆G = 0 Sistema en EQUILIBRIO 
• ∆G > 0 Reacción NO ESPONTÁNEA 

ACTIVIDAD VII:  Espontaneidad y concepto de entropía
ACTIVIDAD VIII:  Energía libre de Gibbs

Tercer Principio de la Termoquímica: "La entropía de un cristal perfecto a 0 K es nula”. La entropía de un elemento puro en su forma condensada estable (sólido o líquido) es cero cuando la temperatura tiende a cero y la presión es de 1 bar.