Energia en Processos Químics: Termodinàmica Essencial
Clasificado en Química
Escrito el en 
catalán con un tamaño de 4,2 KB
Energia en Processos Químics
Calor i Treball
La transferència d'energia en els processos químics es pot donar en forma de calor o treball.
Calor (Q)
La calor es calcula amb la fórmula:
Q = m · Ce · ΔT
- m: massa en Kg
- Ce: calor específica en J·Kg⁻¹·K⁻¹
- ΔT: increment de temperatura
Treball (W)
El treball es calcula amb la fórmula:
W = -P · ΔV
- W: treball
- P: pressió
- ΔV: increment de volum
Energia Interna i Primer Principi de la Termodinàmica
L'Energia interna (U) és la suma de totes les energies de les partícules que formen un sistema i es pot transferir a l'entorn en forma de calor i treball.
El Primer Principi de la Termodinàmica estableix la conservació de l'energia:
ΔU = Q + W (cada unitat es mesura en joules)
Relació entre Energia Interna i Entalpia
Aplicant el Primer Principi de la Termodinàmica (ΔU = Q + W) i substituint el treball (W = -P·ΔV), obtenim:
ΔU = Q - P·ΔV
Aquesta expressió ens permet calcular l'energia interna de qualsevol procés.
Procés a Volum Constant
Si en una reacció no hi ha variació de volum (ΔV = 0), llavors P·ΔV = 0 i per tant:
ΔU = Qv
A volum constant, un procés pot ser exotèrmic (el sistema perd energia, ΔU serà negativa) o endotèrmic (el sistema guanya energia, ΔU serà positiva, ja que l'energia final és més gran que la inicial).
Procés a Pressió Constant
En un procés a pressió constant, la relació és:
ΔU = Qp + W = Qp - P·ΔV
Reordenant, obtenim la calor a pressió constant:
Qp = ΔU + P·ΔV
- Qp = ΔH (entalpia)
- Qv = ΔU (energia interna)
Entalpia (ΔH)
L'entalpia és la suma de l'energia interna i el producte de la pressió pel canvi de volum:
ΔH = ΔU + P·ΔV
Segons el signe de l'entalpia:
- ΔH > 0: Procés endotèrmic (absorbeix calor)
- ΔH < 0: Procés exotèrmic (allibera calor)
Entalpia de Reacció Estàndard (ΔH°r)
L'entalpia de reacció a partir de les entalpies de formació estàndard es calcula amb la fórmula:
ΔH°r = Σni (productes) ΔH°f (productes) - Σni (reactius) ΔH°f (reactius)
Energia Lliure de Gibbs (ΔG)
L'Energia Lliure de Gibbs és un criteri de espontaneïtat per a les reaccions químiques. Es relaciona amb l'entalpia (ΔH) i l'entropia (ΔS) mitjançant la temperatura (T):
ΔG = ΔH - T · ΔS
Consideracions sobre la espontaneïtat:
- Una reacció exotèrmica (allibera energia) i desordenada (ΔS > 0) és sovint espontània.
- Una reacció endotèrmica (necessita energia) i ordenada (ΔS < 0) és sovint no espontània.
L'energia lliure de Gibbs de reacció estàndard es calcula amb la fórmula:
ΔG°r = Σni (productes) G°f (productes) - Σni (reactius) G°f (reactius)
Energia Reticular
L'energia reticular és l'energia alliberada en la formació d'un mol de cristall iònic a partir dels seus ions en estat gasós, separats una distància infinita. És a dir, l'energia alliberada quan s'apropen l'anió i el catió corresponents en estat gasós des de l'infinit fins a la posició d'equilibri en el cristall.
Cicle de Born-Haber
El Cicle de Born-Haber és un balanç termodinàmic del procés total de formació d'un compost iònic. És fruit de l'aplicació de la Llei de Hess.