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    Monografia 2015 Entalpía

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    Leonardo de la Serna
    La entalpía representa la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno a través de un cambio de calor. Se define como la suma de la energía interna de un sistema y el producto de su presión y volumen. La entalpía puede cambiar durante reacciones químicas o cambios de estado, absorbiendo o liberando calor al entorno. Una reacción es exotérmica si libera calor (ΔH es negativa) y endotérmica si lo absorbe (ΔH es positiva). La calorimetría mide camb

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    La entalpía representa la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno a través de un cambio de calor. Se define como la suma de la energía interna de un sistema y el producto de su presión y volumen. La entalpía puede cambiar durante reacciones químicas o cambios de estado, absorbiendo o liberando calor al entorno. Una reacción es exotérmica si libera calor (ΔH es negativa) y endotérmica si lo absorbe (ΔH es positiva). La calorimetría mide camb

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    MONOGRAFIA 2015 ENTALPÍA

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    La entalpía representa la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno a través de un cambio de calor. Se define como la suma de la energía interna de un sistema y el producto de su presión y volumen. La entalpía puede cambiar durante reacciones químicas o cambios de estado, absorbiendo o liberando calor al entorno. Una reacción es exotérmica si libera calor (ΔH es negativa) y endotérmica si lo absorbe (ΔH es positiva). La calorimetría mide camb

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    La entalpía representa la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno a través de un cambio de calor. Se define como la suma de la energía interna de un sistema y el producto de su presión y volumen. La entalpía puede cambiar durante reacciones químicas o cambios de estado, absorbiendo o liberando calor al entorno. Una reacción es exotérmica si libera calor (ΔH es negativa) y endotérmica si lo absorbe (ΔH es positiva). La calorimetría mide camb

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    de 8

    ENTALPA.

    La Entalpa es la cantidad de energa de un sistema termodinmico que ste


    puede intercambiar con su entorno. Por ejemplo, en una reaccin qumica a
    presin constante, el cambio de entalpa del sistema es el calor absorbido o
    desprendido en la reaccin. En un cambio de fase, por ejemplo de lquido a gas,
    el cambio de entalpa del sistema es el calor latente, en este caso el de
    vaporizacin. En un simple cambio de temperatura, el cambio de entalpa por
    cada grado de variacin corresponde a la capacidad calorfica del sistema a
    presin constante. 1

    En palabras sencillas la entalpa es el contenido de calor de una sustancia (H).


    La mayora de las personas tienen una comprensin intuitiva de lo que es el
    calor. Cuando somos nios aprendemos que no tenemos que tocar las hornillas
    de la cocina cuando estn encendidas. Sin embargo la entalpa no representa el
    mismo tipo de calor. La entalpa es la suma de la energa interna de la sustancia
    y el producto de su presin multiplicado por su volumen. Por tanto la entalpa se
    define con la siguiente ecuacin.2

    Donde (todas las unidades son dadas en SI)

    H es la Entalpa
    U es la energa interna, (joule)
    P es la presin del sistema, (pascales)
    V es el volumen, (metros cbicos)

    Si la entalpa de los reactivos al ser convertidos en productos disminuye (H <


    0), significa que los productos se enfran y parte de la energa es liberada al

    1
    BABOR, Joseph. Qumica General Moderna. Editorial Marn. Barcelona. Pg 75-80.
    2
    GARCIA, Arcesio. AUBAD, Aquilino. ZAPATA, Rubn. Hacia La Qumica. Editorial Temis S.A. Bogota-
    Colombia. Pg 269-282.
    entorno. Este tipo de reaccin se denomina exotrmica, y es favorecida por la
    reglas del Universo (tal como los humanos las comprendemos).3

    - Lo que la entalpa significa para una persona comn es que: si deja un


    recipiente con agua tibia sobre una cocina apagada es ms probable que
    se enfre a la temperatura del ambiente a que se caliente hasta hervir. Si
    esta parece una conclusin obvia, entonces debe ser cierta. La ecuacin
    de la entalpa no es necesaria para analizar aquellas cosas que ya
    conocemos como funcionan... es necesaria para aquellas otras
    situaciones menos familiares y no tan intuitivas.

    La entalpa es una propiedad extensiva; su magnitud depende de la cantidad de


    materia prima presente. Es imposible determinar la entalpa de una sustancia, y
    lo que se mide en la realidad es el cambio de entalpa (H).4

    La entalpa de reaccin, H, es la diferencia entre las entalpas de los productos


    y entalpas de los reactivos:

    H=H (productos) H (reactantes)

    H representa el calor absorbido o liberado durante una reaccin.

    La entalpa de reaccin puede ser negativa o negativa, dependiendo del proceso.


    Para un proceso endotrmico (el sistema absorbe calor de los alrededores), H
    es positivo (es decir, H>0).

    3
    CHANG, Raymond. Qumica Sexta edicin. Editorial Mc Graw Hill. Mxico. Pg 209-222.

    4
    Lpez Arango, Diego. Termodinmica. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniera. Segunda Edicin.
    Colombia. 1999. 425 pgs
    - Reaccin Exotrmica.- la entalpa de los productos es menor que la de
    los reactivos, es decir, DH<0.Cualquier proceso en el cual el sistema cede
    calor a los alrededores.

    - Reaccin Endotrmica.- la entalpa de los productos es mayor que la de


    los reactivos, esto es, DH>0. Cualquier proceso en el cual el sistema
    absorbe calor de los alrededores.

    A.1) CALORIMETRA

    Segn las teoras que iniciaron el estudio de la calorimetra, el calor era una
    especie de fluido muy sutil que se produca en las combustiones y pasaba de
    unos cuerpos a otros, pudiendo almacenarse en ellos en mayor o menor
    cantidad. Posteriormente, se observ que, cuando se ejerca un trabajo
    mecnico sobre un cuerpo (al frotarlo o golpearlo, por ejemplo), apareca calor;
    hecho que contradeca el principio de conservacin de la energa, ya que
    desapareca una energa en forma de trabajo mecnico, adems de que se
    observaba la aparicin de calor sin que hubiese habido combustin alguna.
    Benjamn Thompson puso en evidencia este hecho cuando diriga unos trabajos
    de barrenado de caones observando que el agua de refrigeracin de los
    taladros se calentaba durante el proceso. Para explicarlo, postul la teora de
    que el calor era una forma de energa. Thompson no consigui demostrar que
    hubiese conservacin de energa en el proceso de transformacin de trabajo en
    calor, debido a la imprecisin en los aparatos de medidas que us.
    Posteriormente, Prescott Joule logr demostrarlo experimentalmente, llegando a
    determinar la cantidad de calor que se obtiene por cada unidad de trabajo que
    se consume, que es de 0,239 caloras por cada julio de trabajo que se transforma
    ntegramente en calor.5

    La Calorimetra es la rama de la termodinmica que mide la cantidad de energa


    generada en procesos de intercambio de calor. El calormetro es el instrumento
    que mide dicha energa. El tipo de calormetro de uso ms extendido consiste en
    un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar
    y un termmetro. Se coloca una fuente de calor en el calormetro, se agita el
    agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con
    el termmetro.

    A.2) CALOR ESPECFICO Y CAPACIDAD CALORFICA.

    El calor especfico (s) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para


    elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de la sustancia. La
    capacidad calorfica (C) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para
    elevar un grado Celsius la temperatura de una cantidad determinada de
    sustancia. El calor especfico es una propiedad intensiva, en tanto que la
    capacidad calorfica es una propiedad extensiva. La relacin entre la capacidad
    calorfica y el calor especfico de una sustancia es:

    5
    GARCIA, Arcesio. AUBAD, Aquilino. ZAPATA, Rubn. Hacia La Qumica. Editorial Temis S.A. Bogota-
    Colombia. Pg 269-282
    C = ms

    Donde m es la masa de la sustancia en gramos. Por ejemplo el calor especfico


    del agua es 4.184 J/g. C y la capacidad calorfica de 60 gramos de agua es:

    (60.0 g)(4.184 J/g. C) = 251 J/C

    Tabla 1. Calor especfico de algunas sustancias

    Si se conoce el calor especfico y la cantidad de una sustancia, entonces el


    cambio en la temperatura de una muestra (t) indicara la cantidad de calor (q)
    que se ha absorbido o liberado en un proceso en particular. La ecuacin para
    calcular el cambio de calor esta dad por:

    q = mst

    q = Ct
    Donde m es la masa de la muestra y t es el cambio de la temperatura:

    t = tfinal tinicial

    El signo convencional de q es igual que para el cambio de entalpa; que es


    positivo para procesos endotrmicos y negativo para procesos exotrmicos.

    A.3) CALORIMETRA A VOLUMEN CONSTANTE.

    Para medir el calor de combustin se coloca una masa conocida de un


    compuesto en un recipiente de acero, denominado bomba calorimtrica a
    volumen constante, que se llena con oxgeno, a ms o menos 30 atm de presin.
    La bomba cerrada se sumerge en una cantidad conocida de agua. La muestra
    se enciende elctricamente y el calor producido por la reaccin de combustin
    se puede calcular con exactitud al registrar el aumento en la temperatura del
    agua. El calor liberado por la muestra es absorbido por el agua y por el
    calormetro. El diseo especial de la bomba calorimtrica permite suponer que
    no hay prdida de calor (o de masa) hacia los alrededores durante el tiempo en
    que se hacen las mediciones.6

    6
    engel, Yunus A. & Boles, Michael A. Termodinmica. Editorial McGrawHill. Cuarta Edicin. Mxico.
    2003. 829 pgs.
    Como consecuencia, se puede decir que la bomba calorimtrica y el agua en
    que se sumerge constituyen un sistema aislado.

    Debido a que no entra ni sale calor del sistema durante el proceso, se puede
    escribir:

    Donde qagua, qbomba y qreaccin son los cambios de calor del agua, de la bomba y
    de la reaccin, respectivamente. As:

    La cantidad qagua se obtiene por:

    El producto de la masa de la bomba por su calor especfico es la capacidad


    calorfica de la bomba, que permanece constante para todos los experimentos
    efectuados en dicha bomba calorimtrica:

    De aqu:

    Como es una bomba calorimtrica las reacciones ocurren bajo condiciones de


    volumen constante y no de presin constante, los cambios de calor no
    corresponden al cambio de entalpa H.

    Es posible corregir las mediciones en los cambios de calor de forma que


    correspondan a los valores de H, pero debido que la correccin es muy
    pequea.
    A.4) CALORIMETRA A PRESIN CONSTANTE.

    Sabemos que DH se define como la cantidad de calor transferida a presin


    constante,

    (DH = qp), entonces un calormetro para medir ello tendr el siguiente esquema:

    Regulador de presin puede ser simplemente un agujero que permita que la


    presin sea la misma que la presin atmosfrica Para aquellas reacciones que
    se hacen en agua en disoluciones diluidas, el calor especfico de la disolucin
    ser aproximadamente igual al del agua, esto es, 4.18 J g-1 K-1 El calor
    absorbido por una disolucin acuosa es igual al calor liberado por la reaccin de
    los solutos:

    qdisolucin = -qrxn

    Si la reaccin libera calor, es una reaccin exotrmica y el DH es negativo. La


    entalpa de los productos es menor que la de los reactivos.

    DH = Hproductos - Hreactivos

    En un calormetro con una disolucin acuosa, si la reaccin de los solutos es


    exotrmica, la disolucin absorber el calor producido por la reaccin y se
    observar un incremento en la temperatura.7

    De manera que para una reaccin exotrmica:

    Los solutos tienen una entalpa final menor despus de la reaccin (DH
    negativa)
    La disolucin tiene una entalpa final mayor despus de la reaccin (DH
    positiva)

    7
    Wark, Kenneth & Richards, Donald E. Termodinmica. Editorial McGrawHill. Sexta Edicin. Mxico.
    2004. 1048 pgs.

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