Entalpía de reacción

La termodinámica es el estudio del calor y su relación con la energía y el trabajo. Una de las propiedades termodinámicas más importantes es la entalpía, que indica la energía térmica transferida por un proceso a presión constante. La entalpía se utiliza para describir reacciones químicas, en las que el cambio de entalpía, ΔH, nos dice cuánto calor se absorbe o libera durante una reacción química.

La entalpía es una función de estado, lo que significa que el cambio es independiente de la trayectoria y solo tiene en cuenta el estado inicial y final. Así, el ΔH de una reacción se calcula restando la suma de las entalpías de los reactivos de la suma de las entalpías de los productos.

Si ΔH es positivo, la reacción es endotérmica y absorbe calor del entorno. Si ΔH es negativo, la reacción es exotérmica y libera calor al entorno.

Podemos medir el cambio de entalpía de una reacción utilizando un sistema aislado como un calorímetro. Un calorímetro simplificado, como el que tenemos aquí, consta de una celda de muestra aislada con un agitador y un termómetro. A medida que la reacción avanza dentro de la celda aislada, la temperatura cambia y podemos medir ΔT.

Podemos suponer que no se transfiere energía dentro o fuera de la celda de muestra porque está aislada. Por lo tanto, podemos suponer que el cambio de temperatura se debe al cambio de calor en la reacción.

Entonces, ¿cómo usamos ΔT para calcular ΔH? A presión constante, ΔH es igual al flujo de calor, Q. Q es igual a la masa de la sustancia por su capacidad calorífica específica y el cambio de temperatura. La capacidad calorífica específica, c_s, es una medida de la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de 1 g de un material en 1 °C.

Un material con una mayor capacidad calorífica específica requiere más energía para elevar su temperatura y viceversa. Los valores específicos de capacidad calorífica para sustancias comunes se pueden encontrar en la literatura. Por lo tanto, podemos usar la capacidad calorífica específica, junto con la masa de la sustancia y el cambio de temperatura, para calcular ΔH para la reacción.

En su experimento, mediremos el cambio en la entalpía para la formación de óxido de magnesio a partir de magnesio y oxígeno. El uso de nuestro calorímetro simple nos obliga a medir el calor de reacción indirectamente con una serie de pasos de reacción separados. Por lo tanto, ejecutaremos cada reacción por separado y mediremos ΔT y, por extensión, ΔH para cada reacción. Entonces, según la Ley de Hess, la entalpía de la reacción general es igual a la suma de cada una de las entalpías de reacción para cada paso de reacción.

En este laboratorio, construirá un calorímetro simple usando tazas de poliestireno y luego determinará experimentalmente la entalpía de formación de óxido de magnesio.