Hablemos de lo que es el calor de formación, y también definamos esas condiciones que se llaman estándar. Para entender este tema, descubriremos las diferencias entre sustancias simples y complejas. Para consolidar el concepto de "calor de formación", considere ecuaciones químicas específicas.
Entalpía estándar de formación de sustancias
En la reacción de interacción del carbono con el hidrógeno gaseoso, se liberan 76 kJ de energía. En este caso, esta cifra es el efecto térmico de una reacción química. Pero este es también el calor de formación de una molécula de metano a partir de sustancias simples. "¿Por qué?" - usted pregunta. Esto se debe a que los componentes iniciales eran carbono e hidrógeno. 76 kJ/mol será la energía que los químicos llaman "calor de formación".
Tablas de datos
En termoquímica, existen numerosas tablas que indican los calores de formación de varias sustancias químicas a partir de sustancias simples. Por ejemplo, el calor de formación de una sustancia cuya fórmula es CO2, en estado gaseosotiene un índice de 393,5 kJ/mol.
Valor práctico
¿Por qué necesitamos estos valores? El calor de formación es un valor que se utiliza al calcular el efecto térmico de cualquier proceso químico. Para realizar dichos cálculos será necesaria la aplicación de la ley de la termoquímica.
Termoquímica
Es la ley básica que explica los procesos energéticos observados en el proceso de una reacción química. Durante la interacción se observan transformaciones cualitativas en el sistema reaccionante. Algunas sustancias desaparecen, en su lugar aparecen nuevos componentes. Tal proceso va acompañado de un cambio en el sistema de energía interna, que se manifiesta en forma de trabajo o calor. El trabajo asociado a la expansión tiene un indicador mínimo de transformaciones químicas. El calor liberado en la transformación de un componente en otra sustancia puede ser grande.
Si consideramos una variedad de transformaciones, para casi todas hay una absorción o liberación de una cierta cantidad de calor. Para explicar los fenómenos que ocurren, se creó una sección especial: termoquímica.
Ley de Hess
Gracias a la primera ley de la termodinámica, fue posible calcular el efecto térmico en función de las condiciones de una reacción química. Los cálculos se basan en la ley básica de la termoquímica, es decir, la ley de Hess. Damos su formulación: el efecto térmico de una transformación químicaasociado a la naturaleza, al estado inicial y final de la materia, no está asociado a la forma en que se lleva a cabo la interacción.
¿Qué se deduce de esta redacción? En el caso de obtener un determinado producto, no es necesario utilizar una sola opción de interacción, es posible llevar a cabo la reacción de varias formas. En cualquier caso, independientemente de cómo se obtenga la sustancia deseada, el efecto térmico del proceso será del mismo valor. Para determinarlo, es necesario sumar los efectos térmicos de todas las transformaciones intermedias. Gracias a la ley de Hess, fue posible realizar cálculos de indicadores numéricos de efectos térmicos, lo que es imposible de realizar en un calorímetro. Por ejemplo, cuantitativamente, el calor de formación de la sustancia de monóxido de carbono se calcula de acuerdo con la ley de Hess, pero no podrá determinarlo mediante experimentos ordinarios. Es por eso que las tablas termoquímicas especiales son tan importantes, en las que se ingresan valores numéricos para varias sustancias, determinadas bajo condiciones estándar
Puntos importantes en los cálculos
Dado que el calor de formación es el efecto térmico de la reacción, el estado de agregación de la sustancia en cuestión es de particular importancia. Por ejemplo, al realizar mediciones, se acostumbra considerar el grafito, en lugar del diamante, como el estado estándar del carbono. También se tienen en cuenta la presión y la temperatura, es decir, las condiciones en las que se encontraban inicialmente los componentes reaccionantes. Estas cantidades físicas pueden tener un efecto significativo en la interacción, aumentar o disminuir el valor de la energía. Para cálculos básicos,termoquímica, se acostumbra utilizar indicadores específicos de presión y temperatura.
Condiciones estándar
Dado que el calor de formación de una sustancia es la determinación de la magnitud del efecto de la energía en condiciones estándar, los destacaremos por separado. La temperatura para los cálculos se elige 298 K (25 grados Celsius), presión - 1 atmósfera. Además, un punto importante al que vale la pena prestar atención es el hecho de que el calor de formación de cualquier sustancia simple es cero. Esto es lógico, porque las sustancias simples no se forman solas, es decir, no hay gasto de energía para su formación.
Elementos de termoquímica
Esta sección de la química moderna es de particular importancia, porque es aquí donde se llevan a cabo cálculos importantes, se obtienen resultados específicos que se utilizan en la ingeniería de energía térmica. En termoquímica existen muchos conceptos y términos que es importante operar para obtener los resultados deseados. La entalpía (ΔH) indica que la interacción química tuvo lugar en un sistema cerrado, no hubo influencia de otros reactivos en la reacción, la presión fue constante. Esta aclaración nos permite hablar de la precisión de los cálculos realizados.
Dependiendo del tipo de reacción que se considere, la magnitud y el signo del efecto térmico resultante pueden diferir significativamente. Entonces, para todas las transformaciones que implican la descomposición de una sustancia compleja en varios componentes más simples, se supone absorción de calor. Las reacciones de combinar muchas sustancias iniciales en un producto más complejo van acompañadas deliberando una cantidad significativa de energía.
Conclusión
Al resolver cualquier problema termoquímico, se utiliza el mismo algoritmo de acciones. En primer lugar, según la tabla, para cada componente inicial, así como para los productos de reacción, se determina el valor del calor de formación, sin olvidar el estado de agregación. Además, armados con la ley de Hess, componen una ecuación para determinar el valor deseado.
Se debe prestar especial atención a tener en cuenta los coeficientes estereoquímicos que existen frente a las sustancias iniciales o finales en una ecuación particular. Si hay sustancias simples en la reacción, entonces sus calores estándar de formación son iguales a cero, es decir, dichos componentes no afectan el resultado obtenido en los cálculos. Intentemos usar la información recibida en una reacción específica. Si tomamos como ejemplo el proceso de formación de metal puro a partir de óxido de hierro (Fe3+) por interacción con grafito, entonces en el libro de referencia puede encontrar los valores del calor estándar de formación. Para el óxido de hierro (Fe3+) será –822,1 kJ/mol, para el grafito (una sustancia simple) será igual a cero. Como resultado de la reacción, se forma monóxido de carbono (CO), para el cual este indicador tiene un valor de 110,5 kJ/mol, y para el hierro liberado, el calor de formación corresponde a cero. El registro del calor estándar de formación de una interacción química dada se caracteriza de la siguiente manera:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 kJ.
Analizardel resultado numérico obtenido según la ley de Hess, podemos concluir lógicamente que este proceso es una transformación endotérmica, es decir, implica gasto de energía para la reacción de reducción del hierro a partir de su óxido trivalente.
