Estudio de la ley de suma de calores

in StemSocial5 days ago

¡Hola amigos de la comunidad científica de Hive!

En esta oportunidad les presento información relacionada con La ley de Hess, publicada en 1840 por Germain Henri Hess, y que es conocida también como ley de suma de calores basada en numerosos cálculos termodinámicos.

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Fuente: Imagen realizada en power point con imagen de domino público

Para una mejor comprensión de esta ley comencemos por revisar el concepto de entalpía, siendo esta una propiedad que está relacionada con la cantidad de calor absorbido o liberado por un sistema a presión constante y se representa por H, es una propiedad extensiva cuyo valor depende de la cantidad de materia presente, sin embargo, resulta difícil medir la entalpía de una sustancia por lo que se mide es el cambio de entalpía denotado por ∆H.

El estudio de la entalpía de los cambios químicos resulta importante en diversas áreas, tales como la química para la selección de los combustibles, en el diseño de plantas, diseño de los procesos, en bioquímica, entre otros ámbitos.

En el caso de las reacciones químicas, se emplea el término de entalpía de reacción, y representa el calor absorbido o liberado en una reacción, viene dada por la siguiente expresión:

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Por ejemplo, en la reacción de combustión del metano, se tiene que cuando se quema 1 mol de metano se producen 890kj de calor a 298K y 1 bar de presión y cuya expresión se escribe de la siguiente forma
Combustion_methane.es.png
Fuente:wikimedia.org

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Como vemos, la ecuación química muestra las relaciones estequiométricas y los cambios de entalpía, esta expresión se conoce como ecuación termoquímica. El signo negativo para ∆H indica que el proceso es exotérmico (∆H<0), en caso de un signo positivo indica un proceso endotérmico (∆H>0).

Por otra parte, la primera ley de la termodinámica establece que el cambio de entalpía para la inversa de un proceso viene dado por el negativo del cambio de entalpía del proceso directo, es decir que para el inverso de la reacción anterior la expresión viene dada por:


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Fundamento de la Ley de Hess

Ahora bien, la ley de Hess establece que para una reacción su cambio de entalpía será el mismo a pesar de que ocurra en una o en varias etapas, esto se explica ya que la entalpía es una función de estado lo que significa que no depende del camino por el que se lleva a cabo la reacción.

En forma resumida esta ley establece que la entalpía de la reacción global viene dada por sumatoria de las entalpías de las reacciones individuales.

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Veamos el siguiente ejemplo, la reacción entre el Carbono en forma de grafito con el oxígeno, en la que se oxida hasta dióxido de carbono o hasta monóxido, y éste a su vez puede oxidarse hasta monóxido. En este caso al sumar las entalpías de las reacciones intermedias cuyos valores son negativos se obtiene el cambio de entalpía para la reacción global, siendo igual a ∆H= -393kJ/mol

Un aspecto importante que hay que tomar en cuenta es que las reacciones deben estar correctamente balanceadas para sumarlas y obtener la reacción global.


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Fuente:Imagen realizada en power point con datos tomados de wikipedia[4]

Para reacciones más complejas se presenta a continuación en forma resumida algunos pasos que pueden ayudar a la obtención de la entalpía de una reacción:

Imagen5.png

Aplicación de la Ley de Hess

En el siguiente ejemplo, seguiremos los pasos descritos anteriormente para obtener el valor de entalpía.

La síntesis del gas cloruro de hidrógeno viene dada por:

Imagen6.png

Calcularemos la entalpía de reacción a partir de los siguientes datos:

Imagen20.png

Paso 1: En este caso fijaremos el H2 en la reacción global y seleccionaremos la reacción (3) en la que aparece como reactivo.

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Paso 2. En el caso de los productos, se puede observar que el HCl solo aparece en la reacción (1) por lo que esta reacción se invertirá y multiplicará por el coeficiente 2 cambiando el signo de la entalpía.

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Paso 3. Se suman las reacciones (3) y (1) y se simplifican

Imagen11.png

Paso 4. Para eliminar compuestos no deseados se invierte la reacción (2), por lo que cambia el signo de la entalpía y se suma a la reacción obtenida en el paso anterior.

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Paso 5. Se eliminan términos semejantes a ambos lados de la reacción y se obtiene la reacción global y el valor de entalpía

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Como vemos se puede calcular la entalpía de una reacción partiendo de la suma de las entalpías de las reacciones individuales. El estudio de la cantidad de energía producida o absorbida en una reacción resulta muy importante debido a que una reaccion implica la ruptura y formación de enlaces; por un lado, se tiene que para la ruptura se requiere de energía, mientras que para la formación de nuevos enlaces a veces puede necesitarse menos energía y desprenderse calor, el cual puede ser aprovechado y empleado en algunos procesos.


Bueno amigos, espero la información presentada sea de gran utilidad, gracias por leer


Referencias

  1. Atkins, J. (2006). Principios de Química. Los caminos del descubrimiento.
  2. Chang, R. (2002). Química. 7ma edición
  3. Brown, T. (1997). Química La Ciencia Central. 7ma Edición, Prentice Hall, México
  4. Ley de Hess
  5. Whitten K and Gailey K. (1985). General Chemistry.) Interamericana
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