Fórmulas de Termoquímica

En Termoquímica manejaremos las siguientes magnitudes:

• U: Energía Interna: Función de Estado que nos indica la energía total de un sistema.
• H: Entalpía: Función de Estado que nos indica el calor desprendido a presión constante.
• S: Entropía: Función de Estado que mide el desorden del sistema.
• G: Energía Libre de Gibbs: Función de estado que nos permite determinar si una reacción es espontánea.
• Q: Calor: Energía térmica intercambiada entre dos sistemas.
  • Q_P: Calor intercambiado a presión constante.
  • Q_V: Calor intercambiado a volumen constante.
• W: Trabajo. Energía no térmica intercambiada entre un sistema y su entorno.
• P: Presión del sistema.
• V: Volumen ocupado por el sistema.

Generalmente manejaremos incrementos de estas magnitudes.

Los incrementos de energía se miden desde el punto de vista del sistema. Son positivas si gana energía y negativas si la pierde.

Fórmulas

La variación de la energía interna de un sistema es igual al calor desprendido (-) o absorbido (+) por el sistema, menos el trabajo intercambiado con el entorno:

ΔU = Q-W

A presión y volumen constante, el trabajo realizado es nulo, por lo que la variación de la energía interna es el calor intercambiado a volumen constante:

ΔU = Q_V

El trabajo realizado por un sistema (-) a presión constante es el producto de la presión por el incremento de volumen:

W = P·ΔV

La variación de entalpía de un sistema corresponde al calor intercambiado a presión constante:

ΔH = Q_P

Por lo tanto, la variación de entalpía de un sistema puede calcularse en función de la variación de energía interna y la variación del número de moles gaseosos (n_g) del sistema. El resto de fases (sólido o líquido) no tienen variación de volumen significativa:

ΔH = ΔU + Δn_gRT

Ley de Hess

En una reacción química, la variación de entalpía es igual a la entalpía de los productos menos la entalpía de los reactivos:

ΔH = H_productos - H_reactivos

Leyes de Kirchoff (Química)

La variación de temperatura de un cuerpo es función de su calor específico (c_e) según la expresión:

Q = m·c₂-ΔT

Y la variación de la entalpía de reacción en función de la temperatura:

ΔH_T2 = ΔH_T1 + ΔC_p(T2-T1)

Donde: ΔC_p = Σn_i·Cp_i(prod) - Σn_j·Cp_j(react)

Siendo:

• n_i el número de moles de cada substancia que intervienen en la reacción.
• Cp_i la capacidad calorífica de cada sustancia

Entropía

A temperatura constante, la variación de entropía de un sistema es la relación entre el calor intercambiado y la temperatura:

ΔS = Q/T

Energía Libre de Gibbs

ΔG = ΔH-T·ΔS

Si la variación energía libre de Gibbs de un proceso es negativa, el proceso será espontáneo.