Tema 4Tema 4

TermoquímicaTermoquímica

¿Què ens interessa d’una reacció química?¿Què ens interessa d’una reacció química?

CONCEPTES BÀSICS.CONCEPTES BÀSICS.SISTEMES, VARIABLES I PROCESSOS.SISTEMES, VARIABLES I PROCESSOS.11

Sistema: Part de l’univers que és objecte d’estudi.Entorn, voltants, medi ambient: Resta de l’univers.

Obert Tancat Aïllat

Tipus de sistemes

Potintercanviar

MatèriaEnergia

Matèria MatèriaEnergia

Els sistemes es presenten de diferents formes ESTATS

caracterizats per VARIABLES termodinàmiques

(p.ex: T, P, V, m, , composició química, ...)

Intensives Extensives

Tipus de variables

• No depenen de la quantitat de matèria del sistema• Ex: T, P, • No són aditives

• Depenen de la quantitat de matèria del sistema• Ex: m, V• Són aditives

Funcions d’estatFuncions d’estat

1) Quan assignem valors a unes quantes, els valors de laresta queden automàticament fixats.

2) Quan canvia l’estat d’un sistema, els canvis d’aquestesfuncions només depenen dels estats inicial i final delsistema, no de com es produeix el canvi.

X = Xfinal –Xinicial

Equacions d’estat: Relacionen funcions d’estat(ex: PV = nRT)

ENERGIA, CALOR I TREBALL.ENERGIA, CALOR I TREBALL.1r PRINCIPI DE LA TERMODINÀMICA.1r PRINCIPI DE LA TERMODINÀMICA.22

Energia: Capacitat que posseeix un sistema per a realitzar un treball o per a subministrar calor.

Criteri de signesCriteri de signes

SISTEMA

Q > 0

W > 0 W < 0

Q < 0

CALORCALOR

Un sistema cedeix E en forma de Q si es transfereix com a resultatd’una diferència de T entre el sistema i el medi ambient.

Unitat S.I.: Joule Q = m ce ∆T

1 cal = 4.184 J

No és una propietat característica del sistema.No la posseeix el sistema.És una forma d’intercanvi d’energia, una “energia en trànsit”

La calor no és funció d’estat

TREBALLTREBALL

rF

W Unitat S.I.: Joule

Treball d’expansió/compressió dels gasos

Pint Pext

∆V

xSP- x FW ext ext

VPextW

∆ ∆

Casos particulars

VP)VV(PW ext12ext

1) Expansió davant d’una Pext constant

2) Expansió en el buit

Pext = 0 W = 0

No és una propietat característica del sistema.No ho posseeix el sistema.És una forma d’intercanvi d’energia, una “energia en trànsit”

El treball no és funció d’estat

ENERGIA INTERNAENERGIA INTERNA

Energia interna (U)(Suma d’energies a nivell molecular)

• Funció d’estat• Magnitud extensiva

U = Q + W1r Principi de laTermodinàmica

Epot Ecin ?

Com podem augmentar Ud’un sistema tancat?

1) Escalfant-lo calor2) Realitzant un treball

U = Q + W

1r Principi de la Termodinàmica

Procés a V constant V2 = V1 ∆V=0

0W . VPextv

U = Q + 0 = Q

• Nou significat per a U• Ens dóna una forma de determinar U

ENTALPIA.ENTALPIA.33H = U + PV Entalpia

(H)

• Funció d’estat• Propietat extensiva• Unitats d’energia

Procés a P constant

);VP(VQWQUUU 12p12

HHHPVUPVUQ 121122p

Relació entre H i U

H = U + (PV) H = U + PV H Usòl/líq

només

P constant

Si

CALOR DE REACCIÓ. LLEI DE HESS.CALOR DE REACCIÓ. LLEI DE HESS.44Reaccionsquímiques

• Exotèrmiques (Q < 0)

• Endotèrmiques (Q > 0)

La calor de reacció es mesura amb un calorímetre

Qv = U = Uprod - Ureac

Qp = H = Hprod - HreacH = U + (PV)

H U

Intervenengasos?

NoSí

H = U + (nRT)

H = U + nRTSi T constant

MÈTODES PER A DETERMINAR-LA

Entalpia de reaccióEntalpia de reaccióIncrement d’entalpia que té lloc durant la reacció

Mètode 1 Mesurar Qp amb un calorímetre

)g(CO)g(O2

1)g(CO 22 H = -283 kJ

)g(CO2)g(O)g(CO2 22 H = -566 kJ

)g(O2

1)g(CO)g(CO 22 H = +283 kJ

Mètode 2 Llei de Hess

Germain Henri Hess(1802-1850)

La calor intercanviada quan una reaccióquímica es duu a terme a T i P constants ésla mateixa tant si la reacció transcorre en unaetapa com si ho fa en més d’una.

)g(CO)g(O)s(C 22 H = -393.5 kJ

)g(O2

1)g(CO)g(CO 22 H = +283 kJ

)g(CO)g(O2

1)s(C 2 H = -110.5 kJ H: funció d’estat

ENTALPIA ESTÀNDARD DE FORMACIÓ.ENTALPIA ESTÀNDARD DE FORMACIÓ.55Estat estàndard d’una substància: la seva forma pura a 1 bar.

Entalpia de reacció estàndard (Hº): H quan els reactius en elsseus estats estàndard passen a productes en els seus estats estàndardrespectius.

Entalpia estàndard de formació (Hfº) d’una substància: Entalpiaestàndard de reacció per a la formació d’un mol de la substància apartir dels seus elements en el seu estat més estable. (Unit: Jmol-1)

Hfº (C2H5OH, l) a 25ºC = -277.69 kJmol-1

)l(OHHC)g(O2

1)g(H3)grafit,s(C2 5222

Hfº (element en el seu estat més estable) = 0

Mètode 3 A partir de Hfº

)reac(H)prod(HH of

reacreac

of

prodprod

o

Tabular Hfº per a cada substància