Entalpías de enlace y ley de Hess

¿Por qué se producen cambios de energía en las reacciones químicas?

• Durante los cambios químicos los átomos se reacomodan, esto implica que los enlaces interatómicos presentes en los reactivos se rompan para posteriormente formar nuevos enlaces.

• La ruptura de enlaces se requiere energía, por lo que los valores de entalpía de enlace se reportan con valores positivos.

• Mientras que al formar nuevos enlaces se libera energía.

Cálculo de entalpía de reacción a partir de los valores de entalpía de enlace

∆H_r = suma n∆H _(reactivos) - suma m∆H_(productos)

• Donde n y m son los coeficientes de la reacción balanceada

• Si durante una reacción la cantidad de energía que se absorbe es mayor que la liberada, entonces la reacción es endotérmica (DH+).

• Pero si se libera más energía de la que se absorbe, entonces se trata de una reacción exotérmica (DH -).

Es conveniente tomar en cuenta que:

• La ruptura de enlaces, requiere energía ∆H (+)

• La formación de enlaces, libera energía ∆H (–)

Problemas de entalpía de enlace

Calcular la entalpía de la reacción ∆H a partir de los valores de entalpias de enlace, para ello consulta la tabla de valores:

1. CH_4(g) + O_2(g) → CO_{2 (g)} + H₂O _(l)

2. CH₃Cl (g) → Cl (g) + H (g) + C (s)
3. CH₄ (g) + F₂ (g) → CF₄ (g) + HF(g) si F-F = 155 kJ/mol; H-F = 567 kJ/mol

4. I₂ (g) + H₂(g) → HI(g) si I-I = 151 kJ/ mol; H-H = 436 kJ /mol; I-H = 299 kJ/mol

5. CH₄(g) + Br₂(g) → CH₃Br(g) + HBr (g) si Br-Br = 193 kJ/mol; C-Br= 276 kJ/mol; H-Br = 366 kJ/mol
   

6. C₂H₄ (g) + H₂O (l) → C₂H₅OH (l)
7. Calcula la entalpía de enlace en la obtención del silicio a partir del óxido de silicio (IV) SiO_2(s) → Si_(s) + O_2(g) si Si-O = 362 kJ/mol; Si-Si = 226 kJ/ mol; Si=O = 390 kJ/mol
   

Ley de Hess

Cuando la entalpía de una reacción no se puede calcular por el método de formación, debido a que:

1. Algunos compuestos no se pueden sintetizar directamente a partir de sus elementos.
2. La reacción se lleva a cabo demasiada lenta.
3. Se llevan a cabo reacciones secundarias que producen sustancias intermedias, además del compuesto deseado.
4. No se tienen los valores de entalpía de formación, ni de enlaces para ciertas sustancias.

Se puede calcular por el método de ley de Hess, postulado por Germain Henri Hess en 1840, en donde estableció que “La energía calorífica absorbida o desprendida en una reacción química es la misma ya sea que el proceso se lleve a cabo en una etapa o en varias”. Dado que la entalpía es una función de estado, el cambio de entalpía, asociado a cualquier proceso químico, depende sólo de la cantidad de materia que sufre el cambio y de la naturaleza del estado inicial de los reactivos y del estado final de los productos.

Esto implica que la entalpía de cierta reacción se puede efectuar en un paso o en varias etapas, la suma de los cambios de entalpía asociados a los pasos individuales, debe ser igual al cambio de entalpías asociado al proceso de un solo paso.

Por ejemplo la formación del monóxido de carbono CO (g) a partir del grafito, no se puede obtener directamente porque las condiciones en que se produce el CO (g) se transforma inmediatamente en dióxido de carbono CO₂(g).

Reacción en un sólo paso que se desea calcular

C (grafito) + ½ O₂ (g) → CO (g)

Reacciones en dos pasos que si se tiene la variación de entalpía de formación.

CO (g) + ½ O₂ (g) → CO₂(g) ecuación 1 ∆H °f = -283 kJ

C (grafito) + O₂(g) → CO₂ (g) ecuación 2 ∆H °f = -393.5 kJ

Reacción en un solo paso = reacción 1 + reacción 2

CO₂ (g) → CO(g) + ½ O₂(g) ∆H °f = 283 kJ ecuación 1

C(grafito) + O₂ (g) → CO₂(g) ∆H °f = -393.5 kJ ecuación 2

_______________________________________

C(grafito) + ½ O₂ (g) → CO (g) ∆H °f = -110 kJ

Problemas:

1. Calcular el ∆H °f de la conversión del carbón diamante en grafito a partir de la ley de Hess, según la siguiente ecuación: C (diamante) → C (grafito), cuyas reacciones 1 y 2 son:

C(grafito) + O₂ (g) → CO₂ (g) ∆H °f = -393.5 kJ

C(diamante) + O₂ (g) → CO₂ (g) ∆H °f = -395.38 kJ

2. El azufre monoclínico y el rómbico, son dos formas alotrópicas en las que se puede encontrar el azufre elemental. Calcular el ∆H °f según la siguiente reacción:

S (rómbico) → S (monoclínico)

A partir de sus reacciones 1 y 2:

S (rómbico) + O2 (g) → SO2 (g) ∆H °f = -296.9 kJ

S (monoclínico) + O2(g) → SO2 (g) ∆H °f = -297.2 kJ

3. La reacción de la termita es una reacción muy exotérmica y se emplea para soldar piezas metálicas muy grandes, tal es el caso de las hélices de los barcos. Calcular el ∆H °f de esta reacción si se parte de 1 mol de óxido férrico, según la siguiente ecuación:

2 Al (s) + Fe₂O₃ ( s) → Al₂O₃ (s) + 2Fe (s)

A partir de las siguientes ecuaciones:

2 Al + 3/2 O2 (g) → Al2O3 (s) ∆H °f = - 1669.8 kJ

2 Fe (s) + 3/2 O2 (g) → Fe2O3 (s) ∆H °f = - 822.16 kJ

4. Calcular el valor de la entalpía de formación ∆H °f para una mol de metanol a partir de la siguiente ecuación:

C(grafito) + 2H₂ (g) + ½ O₂ (g) → CH₃OH (l)

A partir de de las siguientes ecuaciones:

CH₃OH (l) + 3/2 O₂(g) → CO₂(g) + H₂O (l) ∆H °f = - 726.56 kJ

C (grafito) + O₂ (g) → CO₂ (g) ∆H °f = - 393.5 kJ

H₂ (g) + ½ O₂ (g) → H₂O ( l) ∆H °f = - 285.83 kJ

5. Calcula el cambio de entalpía ∆H °r de la reacción de oxidación del dióxido de azufre, en los pasos en la obtención del ácido sulfúrico.

SO₂ (g) + O₂ (g) → SO₃(g)

A partir de las siguientes ecuaciones:

S (rómbico) + O₂ (g) → SO₂ (g) ∆H °f = - 296.9 kJ

S (rómbico) + 1 ½ O₂ (g) → SO₃ (g) ∆H °f = - 394.9 kJ

6. Calcula el cambio de entalpía ∆H °r para la obtención del gas etano, según la siguiente ecuación:

2C (grafito) + 3H₂ (g) → C₂H₆ (g)

A partir de las siguientes ecuaciones:

C (grafito) + O₂ (g) → CO₂ (g) ∆H °f = - 393.5 kJ

H₂ (g) + ½ O₂ (g) → H₂O (l) ∆H °f = - 285.83 kJ

2C₂H₆ (g) + 7 O₂ (g) → 4CO₂ (g) + 6H₂O (l) ∆H °f = - 3 119.8 kJ

Plantas eléctricas en México

Presentación de las plantas eléctricas que se vieron en clase.

Para las siguientes reacciones químicas calcular: a) Las entalpías de la reacción ∆H r b) Determinar el tipo de reacción c) Obtener sus gráficas

bienvenido al estudio de la química

Bienvenido al estudio de la química que es la ciencia que descubre, analiza y explica el entorno natural desde la visión atómica y molecular de la materia y sus transformaciones. A partir de la comprensión de sus principios básicos, el hombre ha sido capaz de modificar el medio que le rodea, creando sustancias nuevas y aplicándolas para mejorar su calidad de vida; su importancia como disciplina científica, formativa y básica es innegable, así como es incuestionable su inserción en los Planes de Estudio de quinto y sexto año de bachillerato áreas físico matemático y ciencias biológicas y de la salud.

A ti estudiante del bachillerato que cursas esta materia actualmente, te invito a que te sorprendas con la química.

Programa de química IV área 1

Profesora: María del Carmen Benítez Herrera

Unidad 1: La Energía y las reacciones químicas.

· Conceptos fundamentales: estequiometria, reactivo limitante y reactivo en exceso.

· Energía y reacción Química: sistemas, estados y funciones de estado. Ley cero de la termodinámica. Primera ley de la termodinámica. Energía interna y entalpía.

· Reacciones exotérmicas y endotérmicas, perfil de las reacciones en una gráfica. Entalpías de enlaces. Entalpía de una reacción, entalpía de combustión y Ley de Hess.

· Entropía y Energía libre y espontaneidad.

Trabajo de investigación: ¿Cuál es mejor combustible?

Unidad 2: Rapidez y equilibrio de las reacciones químicas.

· Concentración (mol/L)

· Definición de rapidez de reacción: teoría de las colisiones, energía de activación, perfil de energía en una gráfica. factores que influyen en la rapidez en las reacciones: Concentración, temperatura, superficie de contacto y catalizadores.

· Definición de equilibrio químico, reversibilidad de las reacciones, constante de equilibrio.

· Principio de Le Chatelier.

Ácidos y bases. Teoría de Brôsted-Lowry, concentración de H⁺ y pH.

Trabajos de investigación: ¿Cuánto tarda en degradarse una sustancia?, elasticidad del cabello y el pH

Unidad 3. Procesos electroquímicos.

· Procesos electroquímicos, reacciones de oxidación-reducción, celdas electroquímicas, celda electrolítica y leyes de Faraday.

· Celda Voltaica y potenciales estándar de reducción.

· Corrosión de metales, un proceso espontáneo y prevención de la corrosión

Trabajo de investigación: el problema de la corrosión en la industria

Unidad 4. Fundamentos de química orgánica.

· Hidrocarburos: alcanos, alquenos, alquinos, benceno y sus derivados.

· Nomenclatura isomería (posición, cadena) y propiedades físicas.

· Grupos funcionales.

· Formula general e identificación de fórmulas semidesarrolladas de: alcohol, éter, aldehído, cetona, ácidos Carboxílico, éster, aminas, y amidas, compuestos halogenados.

· Nomenclatura básica y usos

· Propiedades físicas, punto de ebullición y solubilidad.

· Polímetros y su clasificación.

· Reacciones de polimerización por adición y condensación.

· Polímeros naturales (celulosa y hule) y sintéticos (nylon, polietileno y poliestireno), usos e impacto ambiental.

Trabajo de investigación: desarrollo sustentable de los polímeros.

Programa de química III

INTRODUCCIÓN.

¿La Química es una ciencia?

UNIDAD l. La energía, la materia y los cambios.

• Energía motor de la humanidad: Concepto, características, tipos y transformaciones, unidades, sistema internacional de unidades. Generación de energía, análisis de beneficios y riesgos, energías limpias. Reacciones: exotérmicas y endotérmicas, combustión,

• La materia y los cambios: Concepto, propiedades físicas y químicas, cambio físico y químico, ley de la conservación de la materia y la energía. Estados de agregación molecular y cambios de estado: punto de fusión, punto de ebullición y calores latentes. Sustancias puras y mezclas: concepto, características.

• Modelos atómicos: átomo, símbolo, elemento, compuesto, molécula, electrón, protón, neutrón, número de masa (A), número atómico (Z), isótopos: radioactividad, fisión y fusión, espectro electromagnético.

Trabajo de investigación: plantas eléctricas en México

UNIDAD II. Aire, intangible pero vital.

• ¿Qué es el aire?: Mezcla homogénea de gases, modelo cinético molecular, variables que los definen: presión, temperatura y volumen, leyes de los gases. Reactividad de los componentes del aire. Composición del aire limpio. Oxígeno, Nitrógeno y Gases Nobles. Características principales. Ubicación en la tabla periódica. Reglas de nomenclatura. Generalidades de los No- Metales y Metales.

• Propiedades de las sustancias con enlaces covalentes, modelo de Lewis, electronegatividad.

•Calidad del aire: Principales contaminantes: Óxidos de Nitrógeno, Ozono, Hidrocarburos, Ácidos. Reglas de nomenclatura: Fenómenos ambientales: Inversión térmica, lluvia ácida, efecto invernadero, hoyo de ozono, smog fotoquímico. Medición de la calidad del aire: ppm, IMECAS. Nuestra responsabilidad.

Trabajo de investigación: calentamiento global

UNIDAD III. Agua, ¿de dónde, para qué y de quién?

• ¿El agua está bien distribuida?: Distribución mundial. Fuentes de agua para la Cd. de México. Calidad del agua: Contaminantes y purificación. Importancia del agua para la humanidad. Agua y asentamiento humanos. Uso responsable.

• El por qué de las maravillas del agua: Modelo cinético molecular de los líquidos. Propiedades del agua: p.f., p.e., densidad, capacidad calorífica, tensión superficial, poder disolvente. Soluciones: Porcentuales, molaridad. pH, ácidos, bases, reglas de nomenclatura. Importancia biológica y climática del agua.

Trabajo de investigación: futuro del agua

UNIDAD IV. Corteza terrestre, fuente de materiales útiles para el hombre.

• Minerales. ¿La clave de la civilización?: Capas de la corteza terrestre. Minerales: definición y clasificación. Reglas generales de nomenclatura. Minerales de México. Distribución e importancia. Metales y no-metales: ubicación en la tabla periódica y características generales. Enlace iónico y metálico. Ejemplo de sustancias y propiedades. Estequiometria.

• Petróleo: Importancia para México. Hidrocarburos: nomenclatura de Alcanos y alquenos. Refinación. Fuente de materia prima.

• Suelo, soporte de la alimentación: Fracción orgánica e inorgánica del suelo: composición e importancia. El pH y su influencia en los cultivos.

• La nueva imagen de los materiales: Nuevos materiales sintéticos: cerámicas, polímeros, plásticos, etc. Destrucción o conservación de nuestro planeta. Basura y las alternativas para disminuir su cantidad.

Trabajo de investigación: conservación de nuestro planeta.

UNIDAD V. Alimentos, combustibles para la vida.

• Pobreza y riqueza: Elementos esenciales para la vida. Macro y micro elementos. Vitaminas.

• Fuentes de energía y material estructural: Carbohidratos, lípidos y proteínas.

• Conservación de alimentos: Métodos físicos y químicos.

Trabajo de investigación: menú para adolescentes

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