Capítulo 18
-
Upload
german-viveros-cobo -
Category
Documents
-
view
2.762 -
download
0
Transcript of Capítulo 18
![Page 1: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/1.jpg)
Entropía, energía libre y equilibrio Capítulo 18
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Se requiere permiso para reproducir o presentar este material.
![Page 2: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/2.jpg)
Procesos físicos y químicos espontáneos
•Una cascada va hacia abajo
•Un terrón de azúcar se disuelve en una taza de café
•En 1 atm, el agua se congela por debajo de 0°C y el hielo se derrite arriba de 0°C
•El calor fluye de un objeto caliente a un objeto frío
•Un gas se expande en un espacio libre vacío
•El hierro expuesto al oxígeno y al agua forma óxido
Espontáneo
No espontáneo
18.2
![Page 3: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/3.jpg)
Espontáneo
No espontáneo
18.2
![Page 4: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/4.jpg)
¿Una disminución en la entalpía significa que una reacción sucede espontáneamente?
CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) ∆H0 = -890.4 kJ
H+ (ac) + OH- (ac) H2O (l) ∆H0 = -56.2 kJ
H2O (s) H2O (l) ∆H0 = 6.01 kJ
NH4NO3 (s) NH4+(ac) + NO3
- (ac) ∆H0 = 25 kJH2O
Reacción espontánea
18.2
![Page 5: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/5.jpg)
La entropía (S) es una medida de la aleatoriedad o del desorden de un sistema
orden SdesordenS
∆S = Sf - Si
El cambio del estado inicial al final conduce a un aumento del grado de desorden
Sf > Si ∆S > 0
Para cualquier sustancia, el estado sólido está más ordenado que el líquido y el estado líquido está más ordenado que el estado gaseoso
Ssólido < Slíquido << Sgas
H2O (s) H2O (l) ∆S > 018.3
![Page 6: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/6.jpg)
W = 1
W = 4
W = 6
W = número de microestados
S = k ln W
∆S = Sf - Si
∆S = k lnWf
Wi
Wf > Wi entonces ∆S > 0
Wf < Wi entonces ∆S < 0
Entropía
18.3
![Page 7: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/7.jpg)
Procesos que conducen a un aumento de la
entropía (∆S > 0)
18.2
![Page 8: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/8.jpg)
¿Cómo cambia la entropía para cada uno de los procesos siguientes?
a) Condensando vapor de agua
Disminución del grado de desorden
Disminución de entropía (∆S < 0)
b) Cristales de sacarosa que se forman de una solución supersaturada
Disminución del grado de desorden Disminución de entropía (∆S < 0)
c) Gas de hidrógeno calentado de 600°C a 800°C
Aumentos del grado de desorden Aumento de entropía (∆S > 0)
d) Sublimación de hielo carbónico
Aumentos del grado de desorden Aumento de entropía (∆S > 0)
18.3
![Page 9: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/9.jpg)
Entropía
Las funciones de estado son aquellas que son determinadas por el estado del sistema, independientemente de cómo se alcanza ese estado.
La energía potencial del excursionista 1 y del excursionista 2 es la misma aun cuando ellos tomen caminos diferentes.
energía, entalpía, presión, volumen, temperatura, entropías
18.3
![Page 10: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/10.jpg)
Primera ley de la termodinámica
La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma
Segunda ley de la termodinámica
La entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo y permanece inalterada en un proceso de equilibrio.
∆Suniv = ∆Ssis + ∆Ssurr > 0Proceso espontáneo
∆Suniv = ∆Ssis + ∆Ssurr = 0Proceso en equilibrio:
18.4
![Page 11: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/11.jpg)
Cambio de entropía en el sistema (∆Ssis)
aA + bB cC + dD
∆S0rxn dS0(D)cS0(C)= [ + ] - bS0(B)aS0(A)[ + ]
∆S0rxn nS0(productos)= Σ mS0(reactivos)Σ-
Entropía estándar de reacción (∆S0 ) es el cambio de entropía para una reacción realizada en 1 atm y 25°C.
rxn
18.4
S0(CO) = 197.9 J/K•molS0(O2) = 205.0 J/K•mol
S0(CO2) = 213.6 J/K•mol
∆S0rxn = 2 x S0(CO2) – [2 x S0(CO) + S0 (O2)]
∆S0rxn = 427.2 – [395.8 + 205.0] = -173.6 J/K•mol
¿Cuál es el cambio de entropía estándar para la reacción siguiente a 25°C? 2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g)
![Page 12: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/12.jpg)
Cambio de entropía en el sistema (∆Ssis)
18.4
Cuando los gases son producidos (o consumidos)
• Si una reacción produce más moléculas de gas que las que consume, ΔS° > 0.
• Si el número total de moléculas de gas disminuye, ΔS° < 0.
• Si no hay ningún cambio neto del número total de moléculas de gas, entonces ΔS° puede ser positivo o negativo PERO ΔS° tendrá un valor pequeño.
¿Cuál es el signo del cambio de entropía para la reacción siguiente?
2Zn (s) + O2 (g) 2ZnO (s)
Como el número total de moléculas de gas disminuye, ∆S será negativo.
![Page 13: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/13.jpg)
Cambio de entalpía en el medio (∆Salrededores)
Proceso exotérmico∆Salrededores > 0
Proceso endotérmico∆Salrededores < 0
18.4
![Page 14: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/14.jpg)
Tercera ley de la termodinámica
La entropía de una sustancia cristalina perfecta es de cero en el cero absoluto de temperatura .
18.3
S = k ln W
W = 1
S = 0
![Page 15: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/15.jpg)
∆Suniv = ∆Ssis + ∆Ssurr > 0Proceso espontáneo
∆Suniv = ∆Ssis + ∆Ssurr = 0Proceso en equilibrio:
Energía libre de Gibbs
Para un proceso a temperatura constante:
∆G = ∆Hsis -T∆SsisEnería libre
de Gibbs (G)
∆G < 0 La reacción es espontánea
∆G > 0 La reacción no es espontánea, es inducida.
∆G = 0 La reacción está en equilibrio
18.5
![Page 16: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/16.jpg)
18.5
aA + bB cC + dD
∆G0rxn d∆G0 (D)fc∆G0 (C)f= [ + ] - b∆G0 (B)fa∆G0 (A)f[ + ]
∆G0rxn n∆G0 (productos)f= Σ m∆G0 (reactivos)fΣ-
La energía libre estándar de reacción (∆G0 ) es el cambio de energía libre para una reacción cuando esto ocurre en condiciones estándar.
rxn
La energía libre estándar de formación (∆G0) es el cambio de energía libre que ocurre cuando 1 mol del compuesto se forma a partir de sus elementos en estado estándar.
f
La ∆G0 de cualquier elemento solo en su forma estable es cero.
f
![Page 17: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/17.jpg)
2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l)
∆G0rxn n∆G0 (productos)f= Σ m∆G0 (reactivos)fΣ-
¿Cuál es el cambio de energía libre estándar para la reacción siguiente a 25 °C?
∆G0rxn 6∆G0 (H2O)f12∆G0 (CO2)f= [ + ] - 2∆G0 (C6H6)f[ ]
∆G0rxn = [ 12x–394.4 + 6x–237.2 ] – [ 2x124.5 ] = -6405 kJ
¿Es la reacción espontánea a 25 0C?
∆G0 = -6405 kJ < 0
Sí es espontánea
18.5
![Page 18: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/18.jpg)
∆G = ∆H - T∆S
18.5
![Page 19: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/19.jpg)
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
∆H0 = 177.8 kJ
∆S0 = 160.5 J/K
∆G0 = ∆H0 – T∆S0
At 25 0C, ∆G0 = 130.0 kJ
∆G0 = 0 a 835 0C
18.5
Temperatura y espontaneidad de reacciones químicas
Proceso en equilibrio de CO2
![Page 20: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/20.jpg)
Energía libre de Gibbs y cambios de fase
H2O (l) H2O (g)
∆G0 = 0 = ∆H0 – T∆S0
∆S = T
∆H =
40.79 kJ373 K
= 109 J/K
18.5
![Page 21: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/21.jpg)
Rendimiento = X 100%Th - Tc
Tc
La Química en acción: la eficiencia de las máquinas térmicas
Una máquina térmica simple
![Page 22: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/22.jpg)
La energía libre de Gibbs y el equilibrio químico
∆G = ∆G0 + RT lnQ
R es la constante de los gases ideales (8.314 J/K•mol)
T es la temperatura absoluta (K)
Q es el cociente de reacción
Equilibrio
∆G = 0 Q = K
0 = ∆G0 + RT lnK
∆G0 = − RT lnK
18.6
![Page 23: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/23.jpg)
18.6
Energía libre contra el avance de reacción
∆G0 < 0 ∆G0 > 0
![Page 24: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/24.jpg)
∆G0 = − RT lnK
18.6
![Page 25: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/25.jpg)
18.7
ATP + H2O + Alanina + Glicina ADP + H3PO4 + Alanilglicina
Alanina + Glicina Alanilglicina
∆G0 = +29 kJ
∆G0 = -2 kJ
K < 1
K > 1
![Page 26: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/26.jpg)
18.7
La estructura del ATP Y del ADP en formas ionizadas
![Page 27: Capítulo 18](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042614/5596afae1a28abe4268b4797/html5/thumbnails/27.jpg)
Entropía alta Entropía baja
T∆S = ∆H - ∆G
La termodinámica de una goma