Entalpía o contenido de calor de una sustancia
Los químicos con frecuencia trabajan con el cambio de entalpía de un sistema. El cambio de entalpía o contenido de calor se representa con el símbolo ΔH. En una reacción exotérmica, los productos tienen menos contenido de calor que los reactantes. Por tanto, ΔH es negativo. En las reacciones endotérmicas, ΔH es positivo.
La expresión del primer principio es:
Q = L + ΔU
En una transformación química, podemos medir el trabajo realizado por la expresión:
L = p·ΔV
p: es la presión exterior, que podemos suponer constante.
ΔV: la variación de volumen que experimenta el sistema.
Entonces, a presión constante:
Q = ΔU + p·ΔV (1)
La energía interna de un sistema (U) más el producto de la presión por su volumen, se la denomina entalpía del sistema.
H = U + P·V
A presión constante.
Variación de la entalpía
De la ecuación (1) podemos deducir:
Q = (U2 - U1) + p·(V2 - V1)
Q = (U2 + p·V2) - (U1 + p·V1)
Q = H2 - H1
Q = ΔH
La variación de la entalpía o contenido de calor de un sistema, a presión constante, es igual al calor absorbido o cedido por el sistema.
Procesos exotérmicos y endotérmicos
Las diferentes sustancias poseen cantidades diferentes de energía interna. Por esa razón, la energía total de las sustancias reaccionantes no es igual a la energía total de los productos de la reacción.
Hr ≠ Hp
Cuando en una reacción química se verifica que la entalpía de las sustancias que reaccionan es mayor que la de los productos de la reacción, el proceso se realiza con desprendimiento de calor, y el fenómeno se denomina exotérmico.
En la reacción:
C + O2 ⟶ CO2 + 94,3 kcal
Se produce una liberación de 94,3 kcal. Hay una disminución de la entalpía que se representa:
C + O2 ⟶ CO2
ΔH = -94,3 kcal
Como:
ΔH = Hp - Hr = -94,3 kcal
La variación de la entalpía, en este caso, lleva signo negativo. El producto de la reacción posee menos energía interna que los reactantes al liberar calor.
Cuando en una reacción química se verifica que la entalpía de las sustancias reaccionantes es menor que la de los productos de la reacción, el proceso se realiza con absorción de calor y el fenómeno se denomina endotérmico.
La reacción:
2·C + 2·H2 ⟶ C2H4 - 12,00 kcal
Hay un aumento de la entalpía que se representa:
2·C + 2·H2 ⟶ C2H4
ΔH = 12,00 kcal
La variación de la entalpía, en este caso, lleva signo positivo. El producto de la reacción posee más energía interna que los reactantes al acumular calor.
ΔH = Hp - Hr 12,00 kcal > 0
En una reacción exotérmica, el contenido calórico o la entalpía de las sustancias reaccionantes, es mayor que la de los productos de la reacción, y menor en las reacciones endotérmicas.
Reacción exotérmica: ΔH < 0 (signo negativo)
Reacción endotérmica: ΔH > 0 (signo positivo).
Ejemplo:
Indicar, para las siguientes reacciones cuál es exotérmica y cual endotérmica. Justifique.
a)
H2 + Cl2⟶ 2·HCl
ΔH = -44,12 kcal/mol
b)
H2 + I2⟶ 2·HI
ΔH = 6,2 kcal/mol
Solución:
La reacción (a) es exotérmica debido a que ΔH < 0.
La reacción (b) es endotérmica debido a que ΔH > 0.
Bibliografía:
Héctor Fernández Serventi. "Química general e inorgánica". Losada S. A., Buenos Aires.
Robert C. Smoot y Jack Price. "Química, Un curso moderno". Compañía Editorial Continental S. A., México.
Autor: Ricardo Santiago Netto. Argentina
Contenido calórico de las sustancias