Termoquímica y Calorimetría
La termoquímica cuantifica el calor absorbido o liberado por las reacciones químicas, y la calorimetría es el arte experimental de medir ese calor para obtener las entalpías de reacción y las capacidades caloríficas.
Definition
La termoquímica es el estudio del calor desprendido o absorbido en las reacciones químicas y los cambios de fase, y la calorimetría es el conjunto de métodos experimentales que miden estos calores y las capacidades caloríficas de las sustancias.
Scope
Este tema abarca los cambios de calor que acompañan a las reacciones químicas: entalpías estándar de formación, combustión y reacción; la ley de Hess de la suma constante de calor; la dependencia de la entalpía de reacción con la temperatura a través de la ley de Kirchhoff; y las entalpías de enlace. Cubre las técnicas calorimétricas utilizadas para medir estas cantidades, incluyendo la calorimetría de bomba y a presión constante, y la calorimetría diferencial de barrido, junto con la medición de la capacidad calorífica. La predicción estadístico-mecánica de las capacidades caloríficas se trata en termodinámica estadística.
Core questions
- ¿Cómo permite la ley de Hess combinar las entalpías de reacción a partir de entalpías de formación tabuladas?
- ¿Cómo describe la ley de Kirchhoff la dependencia de la entalpía de reacción con la temperatura?
- ¿Cómo miden los calorímetros de bomba y de presión constante los cambios de energía interna y entalpía?
- ¿Cómo se utilizan las entalpías de enlace para estimar las entalpías de reacción?
Key concepts
- Entalpías estándar de formación y reacción
- Ley de Hess de la suma constante de calor
- Ley de Kirchhoff y capacidad calorífica
- Calorimetría de bomba y a presión constante
- Entalpías de enlace
Key theories
- Ley de Hess
- Dado que la entalpía es una función de estado, el cambio de entalpía de una reacción es el mismo independientemente de la trayectoria seguida, por lo que las entalpías de reacción se pueden sumar y restar de las entalpías de formación estándar tabuladas.
- Ley de Kirchhoff de la dependencia de la temperatura
- La variación de la entalpía de reacción con la temperatura se rige por la diferencia en las capacidades caloríficas entre productos y reactivos, lo que permite corregir las entalpías medidas a una temperatura para otra.
Clinical relevance
La termoquímica y la calorimetría proporcionan los valores de combustible y los calores de reacción necesarios para la ingeniería energética y de combustión, los datos térmicos para la seguridad de procesos y reactores, la energética de estabilidad y plegamiento medida por calorimetría diferencial de barrido y de titulación isotérmica en bioquímica, y el contenido energético nutricional de los alimentos.
History
La calorimetría comenzó con el calorímetro de hielo de Lavoisier y Laplace en la década de 1780; Hess estableció la aditividad de los calores de reacción en 1840, y la calorimetría de bomba de Berthelot en el siglo XIX hizo de la medición sistemática de las entalpías de combustión y formación un fundamento de la química física.
Key figures
- Germain Henri Hess
- Antoine Lavoisier
- Marcellin Berthelot
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Seminal works
- atkins2018
- mcquarrie1997
Frequently asked questions
- ¿Cuál es la diferencia entre un calorímetro de bomba y un calorímetro de presión constante?
- Un calorímetro de bomba mantiene la reacción a volumen constante y mide el cambio de energía interna, mientras que un calorímetro de presión constante, abierto a la atmósfera, mide directamente el cambio de entalpía; ambos se relacionan por el trabajo realizado contra la presión a medida que los gases se expanden o contraen.
- ¿Por qué se definen las entalpías de formación en relación con los elementos?
- Las entalpías absolutas no se pueden medir, por lo que se necesita una referencia; asignar entalpía de formación cero a los elementos en sus estados estándar proporciona una línea de base consistente a partir de la cual se puede calcular la entalpía de formación de cualquier compuesto y, por lo tanto, cualquier entalpía de reacción.