Cómo calcular las reacciones endotérmicas y exotérmicas

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Por Peter J. Mikulecky, Chris Hren

Calculando el cambio de entalpía en una reacción química, se puede determinar si la reacción es endotérmica o exotérmica. Las reacciones químicas transforman tanto la materia como la energía. Aunque las ecuaciones químicas suelen enumerar sólo los componentes de la materia de una reacción, también se puede considerar la energía térmica como un reactivo o producto. Cuando los químicos están interesados en el flujo de calor durante una reacción (y cuando la reacción se ejecuta a presión constante), pueden enumerar un cambio entálpico.

a la derecha de la ecuación de reacción. A una presión constante, el flujo de calor es igual al cambio de entalpía:

Si el cambio de entalpía indicado para una reacción es negativo, entonces esa reacción libera calor a medida que avanza – la reacción es exotérmica (exo- = out). Si el cambio de entalpía indicado para la reacción es positivo, entonces esa reacción absorbe calor a medida que avanza – la reacción es endotérmica (endo- = in). En otras palabras, las reacciones exotérmicas liberan calor como producto, y las reacciones endotérmicas consumen calor como reactante.

El signo de la

te dice la dirección del flujo de calor, pero ¿qué pasa con la magnitud? Los coeficientes de una reacción química representan equivalentes molares, por lo que el valor indicado para el parámetro

se refiere al cambio de entalpía para un equivalente molar de la reacción. Aquí hay un ejemplo:

Esta ecuación de reacción describe la combustión del metano, una reacción que se puede esperar que libere calor. El cambio de entalpía indicado para la reacción confirma esta expectativa: Por cada mol de metano que se quema, se liberan 802 kJ de calor. La reacción es altamente exotérmica. Basado en la estequiometría de la ecuación, también se puede decir que se liberan 802 kJ de calor por cada 2 mol de agua producida.

Por lo tanto, los cambios en la entalpía de la reacción (o “calores” de reacción) son una forma útil de medir o predecir el cambio químico. Pero son igual de útiles para hacer frente a los cambios físicos, como la congelación y la fusión, la evaporación y la condensación, y otros. Por ejemplo, el agua (como la mayoría de las sustancias) absorbe el calor a medida que se derrite (o fusiona) y se evapora. Aquí están las entalpías molares para tales cambios:

  • Entalpía molar de fusión:
  • Entalpía molar de vaporización:

Los mismos tipos de reglas se aplican a los cambios de entalpía listados para cambios químicos y físicos. He aquí un resumen de las reglas que se aplican a ambos:

  • El calor absorbido o liberado por un proceso es proporcional a los lunares de la sustancia que pasan por ese proceso. Por ejemplo, 2 mol de metano en combustión liberan el doble de calor que 1 mol de metano en combustión.
  • La ejecución de un proceso en reversa produce un flujo de calor de la misma magnitud pero de signo opuesto a la ejecución del proceso hacia adelante. Por ejemplo, congelar 1 mol de agua libera la misma cantidad de calor que se absorbe cuando 1 mol de agua se derrite.

Veamos un ejemplo: aquí hay una ecuación química equilibrada para la oxidación del gas hidrógeno para formar agua líquida, junto con el cambio de entalpía correspondiente:

¿Cuánta energía eléctrica se debe gastar para realizar la electrólisis de 3,76 mol de agua líquida, convirtiendo esa agua en gas hidrógeno y gas oxígeno?

Primero, reconozca que el cambio de entalpía dado es para la reacción de electrólisis inversa, así que debe invertir su signo de -572 kJ a 572 kJ. Segundo, recuerde que los calores de reacción son proporcionales a la cantidad de sustancia que reacciona (2 mol de H2O en este caso), así que el cálculo es

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