Q8.3. Termoquímica y funciones de estado
La termoquímica mide y predice calores de reacción. Las funciones de estado permiten sumar rutas imaginarias para obtener cambios reales, base de la ley de Hess.
Objetivos de aprendizaje
- Usar entalpías de formación y combustión.
- Aplicar la ley de Hess.
- Interpretar calorimetría a presión o volumen constante.
- Relacionar energía de enlace con estimaciones termoquímicas.
Mapa del capítulo
Entalpía de reacción
La entalpía estándar de reacción se calcula como suma de entalpías estándar de formación de productos menos reactivos, ponderadas por coeficientes estequiométricos. Los elementos en su estado estándar tienen Delta Hf igual a cero. El signo informa dirección energética: reacción exotérmica tiene Delta H negativo; endotérmica, positivo.
Ley de Hess
Como H es función de estado, Delta H depende solo de estados inicial y final. Por eso una reacción puede escribirse como suma de pasos y sus entalpías se suman. Esta idea permite usar combustiones, formaciones o ciclos termoquímicos aunque la ruta real sea diferente. La clave es invertir ecuaciones cambiando signo y multiplicar coeficientes multiplicando Delta H.
Calorimetría
En calorimetría se mide cambio de temperatura de un calorímetro y su contenido. A presión constante, el calor medido se asocia con Delta H de reacción. En bomba calorimétrica, volumen constante, se obtiene Delta U. La relación Delta H = Delta U + Delta(PV) permite conectar ambas; para gases ideales, Delta H = Delta U + Delta n_g RT.
Energías de enlace
Las energías promedio de enlace permiten estimar Delta H como enlaces rotos menos enlaces formados. Es una aproximación porque usa promedios de muchas moléculas, pero ayuda a interpretar por qué combustiones son exotérmicas: se forman enlaces fuertes C=O y O-H en CO2 y H2O.
Ejemplo trabajado de lectura fisicoquímica
Para CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O, Delta H se obtiene con entalpías de formación: productos menos reactivos. Si se usa agua líquida o gaseosa, el valor cambia porque el estado físico forma parte del estado estándar.
Errores frecuentes y cómo evitarlos
| Error | Corrección conceptual |
|---|---|
| Olvidar coeficientes estequiométricos | Las entalpías molares se multiplican por coeficientes. |
| Ignorar estados físicos | H2O(l) y H2O(g) no tienen la misma entalpía de formación. |
| Confundir Delta U y Delta H | La bomba mide a volumen constante; no es directamente qp. |
Autoevaluación
- Calcula una entalpía de reacción con Delta Hf.
- Explica la ley de Hess con una ruta alternativa.
- ¿Por qué importa el estado físico en termoquímica?