Fundamentos de la Termoquímica: Entalpía, Leyes y Sistemas Energéticos

Fundamentos de la Termoquímica: Energía y Reacciones Químicas

La Termoquímica es una subdisciplina de la fisicoquímica que estudia los cambios energéticos que se presentan durante la realización de una reacción química. Se puede considerar que las reacciones químicas se producen a presión y volumen constantes.

Sistemas Termodinámicos: Clasificación y Entorno

Un sistema es un conjunto delimitado del universo que comprende algunos elementos relacionados para alcanzar un objetivo. Los sistemas se clasifican dependiendo del vínculo que guarden con el entorno:

• Sistema Abierto: Es aquel que permite un continuo intercambio de masa y energía con sus alrededores.
• Sistema Cerrado: Solo permite el intercambio de energía con el entorno, pero no de masa.
• Sistema Aislado (Adiabático): Como su nombre lo indica, no permite intercambio de materia (masa ni energía) con los alrededores.

La Entalpía (H): Definiciones Clave

La Entalpía es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que puede intercambiar con su entorno. A continuación, se definen los tipos principales:

Entalpía de Reacción (ΔH_r)

Es el calor absorbido o desprendido durante una reacción química, mantenida a presión constante.

Entalpía de Formación (ΔH_f)

Es el calor necesario para formar una mol de una sustancia, a presión constante y a partir de los elementos que la constituyen.

Entalpía de Combustión (ΔH_c)

Es el calor liberado a presión constante, cuando se quema una mol de sustancia.

Procesos Exotérmicos y Endotérmicos

En función del calor que intercambian con el medio, los procesos (reacciones) se clasifican como exotérmicos o endotérmicos. La entalpía de la reacción (ΔH) es el indicador que señala si la reacción ha perdido o ganado energía:

• Reacciones Exotérmicas: Desprenden calor hacia el entorno, es decir, pierden o liberan calor. (ΔH es negativo)
• Reacciones Endotérmicas: Absorben calor del entorno, es decir, ganan o necesitan calor durante su realización. (ΔH es positivo)

Leyes Fundamentales de la Termoquímica

Primera Ley de la Termoquímica o Ley de Lavoisier-Laplace

Establece que: “El calor necesario para descomponer una sustancia en sus elementos es igual, pero de sentido contrario, al que se necesita para volver a formarla.”

Segunda Ley de la Termoquímica o Ley de Hess

En 1840 Hess postuló una ley absolutamente empírica que indica que: “El calor liberado o absorbido a presión o volumen constante en una reacción química dada es independiente del número de etapas en que se realiza el proceso químico.”

Datos de Entalpía Estándar de Formación (ΔHºf)

A continuación, se presentan algunos calores de formación expresados en Kcal/mol:

• ΔHºf NaOH (ac) = –112.236 Kcal/mol
• ΔHºf HCl (ac) = – 40.023 Kcal/mol
• ΔHºf NaCl (ac) = – 97.302 Kcal/mol
• ΔHºf H₂O (l) = – 68.317 Kcal/mol