Universidad Nacional del Litoral Secretaría Académica Dirección de Articulación, Ingreso y Permanencia Año 2015 Fisicoquímica biológica ISBN: 978-987-692-009-4 Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica María Inés Bocco / Leandro Peretti Se ha dicho que vivir en austeridad, humilde y solidariamente, es renunciar a uno mismo. En realidad, ello es realizarse íntegramente. Doctor Laureano Maradona (1895–1995). Médico rural argentino Introducción La termodinámica estudia las transformaciones de energía de un sistema; y como estas transformaciones se relacionan con las propiedades de la materia. El estudio se realiza a nivel macroscópico, aplicando los principios de la termodinámica a sistemas materiales. Se utilizan variables físicas que sean factibles de medir: temperatura, presión y volumen. La termodinámica aplicada a los seres vivos estudia y cuantifica los cambios de energía que se producen en la célula. Esta transformación de energía dentro de las células, proviene de las reacciones químicas que se producen en el citoplasma. A través de este movimiento energético, las miles de células que componen el cuerpo humano tienen la gran tarea de mantenerlo vivo. 6.1. Definición y clasificación de los sistemas Para realizar el estudio termodinámico de un sistema, se debe definir primero qué es un sistema: • Es la parte del universo que se quiere estudiar. • Los sistemas pueden ser abiertos, cerrados o aislados. • Los sistemas abiertos pueden intercambiar materia y energía, los cerrados intercambian solo energía, y los sistemas aislados, no intercambian ni materia ni energía. Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 1 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica • Sistema cerrado: un globo inflado. • Sistema aislado: un termo para el mate. • Sistema abierto: la célula Cuando se trabaja con gases, el sistema siempre deberá ser cerrado, de lo contrario, los gases salen del sistema. Si el sistema es aislado, además de no intercambiar materia, no intercambia energía. Estos sistemas se caracterizan por tener paredes adiabáticas, que no permiten el intercambio de calor entre el sistema y el medio ambiente. La célula, es un sistema abierto, porque en todo momento hay entrada y salida de materiales. Pero como la velocidad de ingreso de sustancias a la célula es igual a la velocidad de salida de sustancias, la concentración en su interior se mantiene constante, aunque las sustancias cambien. Cuando en el sistema se realiza una transformación o proceso, se pueden dar ciertas condiciones de las variables de estado. Por ejemplo: • Proceso isotérmico: cuando se realiza a temperatura constante. • Proceso isobárico: cuando la presión es constante • Proceso isocórico: cuando no hay cambios en el volumen. P P P v Proceso isotérmico v Proceso isobárico v Proceso isocórico Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 2 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica El sistema está rodeado del medio ambiente, con el que interactúa, y juntos constituyen el universo físico, que tiene la característica de ser aislado. Sistema + Medio Ambiente = Universo Fisico Por ejemplo: si se tiene un recipiente de vidrio tapado herméticamente (caja de Petri), conteniendo orina sembrada en agar como medio de cultivo. Se coloca esta caja dentro de una estufa a 370C, , similar a la temperatura corporal Si hay bacterias, al cabo de cierto tiempo proliferan en el medio de cultivo. La caja conteniendo el medio de cultivo y la orina constituyen un sistema cerrado, el interior de la estufa el medio ambiente, y la suma de ambos, el universo físico. 6.1.1. Estado de agregación de la materia La materia es todo aquello que tiene masa. Tiene diferentes comportamientos de acuerdo al estado de agregación que se encuentre. Se puede presentar en tres estados o fases: sólido, líquido o gas. En cada estado la distribución de las moléculas es diferente. La mayor dispersión de las moléculas se encuentra en los gases. Los gases no tienen ni forma ni volumen propios, adquieren el del recipiente que los contiene; en cambio los líquidos no tienen forma, pero sí tienen volumen propio; y los sólidos tienen forma y volumen definidos. 6.1.2. Sistemas homogéneos y heterogéneos Un sistema es homogéneo cuando está formado por una sola fase: sólido, líquido o gas. En cambio, los sistemas heterogéneos están formados por dos o más fases. Recordar que si en el sistema hay dos o más sólidos, cada uno constituye una fase diferente. Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 3 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica Fuente: http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/05/htm/sec_9.html Fuente: http://nosotrosyciencia.blogspot.com.ar/2011/10/fases-y-componentes-de-un-sistema.html 6.2. Gases Los elementos que a 250C y 1atm se encuentran en estado gaseoso son: hidrógeno (H), nitrógeno (N), oxígeno (O), flúor (F) y cloro (CL). Se encuentran en la tabla periódica en los siguientes grupos: 1A: hidrógeno, 5A: nitrógeno, 6A: Oxígeno, 7A: Flúor y Cloro. Estos gases son moléculas diatómicas (formadas por dos átomos), y se escriben así: H 2, N 2, O 2, F 2 y Cl 2. Además, existen los gases nobles, que corresponden al grupo 8A de la tabla periódica, y son moléculas monoatómicas: Helio (H), neón (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón (Xe) y radón (Rn). Características de los gases a) No tienen forma ni volumen definidos. b) Son más compresibles que los sólidos y los líquidos. c) Las moléculas están más separadas que los sólidos y los líquidos, por eso su d) densidad es menor. Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 4 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica d) Los compuestos gaseosos nunca son compuestos iónicos. e) Son incoloros, excepto el F2, Cl2 y NO2 Diferencia entre gas y vapor En condiciones ambientales de presión y temperatura, 1 atm y 250C, el gas se encuentra en estado gaseoso. En cambio, el vapor es el estado gaseoso de una sustancia que a 1 atm y 25ºC, se encuentra como sólido o líquido. Por ejemplo el vapor de agua existe a temperatura mayor a 100ºC y 1 atm. El agua a temperatura ambiente es líquida. Instrumentos de medidas de la presión Barómetro: mide la presión atmosférica. Manómetro: mide la presión de los gases, diferentes a los de la atmósfera. Estos dos instrumentos se cargan con mercurio, dado que tiene una densidad muy grande en relación a otros líquidos: es de 13,6g/cm3. Como el aumento de la columna de líquido es inversamente proporcional a su densidad, el uso del mercurio, permite (aunque es tóxico), trabajar con instrumentos pequeños. Manómetro Fuente: http://www.sabelotodo.org/aparatos/manometros.html Barómetro Fuente: http://www.construmatica.com/construpedia /Presi%C3%B3n 6.2.1. Leyes de los gases El estudio de los gases, a través de cientos de experimentos, permitió llegar a generalizaciones: Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 5 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica Ley de Boyle: relaciona la presión (P) de los gases, con el volumen (V) que ocupan. Ley de Charles y Gay Lussac: relaciona la temperatura (T) de los gases, con el volumen que ocupan. Ley de Avogadro: relaciona el volumen de los gases, con la cantidad de sustancia (n=número de moles). V = cte . n 6.2.2. Ecuación de estado de los gases Combinando las tres ecuaciones anteriores, se obtiene una expresión general para el comportamiento de los gases, que se aplica cuando el sistema está en equilibrio: P . V = n . R . T (6.1) Siendo: P = presión del sistema (en Pascales) V = volumen del sistema (en metros cúbicos) n = número de moles (en moles) R = 8,314 J/mol. K (constante universal de los gases) T = temperatura del sistema (en Kelvin). Se pueden ver los cambios de estas variables en la gráfica de presión vs. volumen. P P1 T1 P2 V1 T2 V2 V La línea curva corresponde a una isoterma (temperatura constante). Cada isoterma tiene un valor de temperatura. A medida que se aleja del origen la temperatura aumenta. T2 >T1 Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 6 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica Ley de Dalton: Dalton (1766-1844), encontró experimentalmente en 1801 que a una temperatura dada, la presión total de una mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones que cada componente gaseoso ejercería si ocupara el volumen total del recipiente. Ejemplo: Si se tiene una mezcla de tres gases: A, B y C, en un recipiente de volumen V, a la temperatura T. En esta mezcla cada gas ocupa el volumen total, como si los demás no existieran. Por eso se puede escribir la ecuación de estado para cada gas: p A . V = n A . R . T; p B . V = n B . R . T; p C . V = n C . R . T (6.2) Denominándose pA, pB y pC, presiones parciales de los gases A, B y C. Por lo tanto si se relaciona la ecuación (1), con las ecuaciones anteriores, se encuentra que: pA + pB + pC = P (6.3) Y esta es la ley de Dalton de las presiones parciales. La presión total ejercida por la mezcla de gases que forman el sistema, es igual a la suma de sus presiones parciales. Además: pA / PT = nA / nT (igual para B y C) Siendo nA / nT = XA (fracción molar de A) Reemplazando: p i = X i . P T(6.4) Donde Xi e la fracción molar del gas. No tiene unidades. Su valor es entre 0 y 1, y se aplica para cada fase. Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 7 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica Los sólidos y los líquidos puros tienen fracción molar igual a 1. Ejemplo: el aire es una mezcla de gases. Tiene 80% de nitrógeno (N2) y 20% de oxígeno (O2). (Los valores no son exactos por que existen otros gases en pequeña cantidad). Si se considera que el 100%, son 100 moles totales, XO = n O / n t 2 2 XO = 20 moles / 100 moles = 0.2 2 XN = nN / nt 2 2 XN = 80 moles / 100 moles=0.8 2 6.3. Primer principio de la Termodinámica Los alimentos que se consumen son la fuente de energía para la vida. Actualmente, conseguir energía a bajos costos es prioridad. Se define a la energía como la capacidad que tiene un sistema para realizar trabajo. Todos los procesos físico-químicos van acompañados por un cambio de energía. Dado que la energía no puede ser creada ni destruida, es importante conocer como se transforma y como se transfiere de un sistema a otro: es el estudio de la Termodinámica. La termodinámica se fundamenta en cuatro leyes o principios, de los cuales en este capítulo sólo se trata el primer principio, que se refiere a la conservación de la energía. Matemáticamente se expresa: ∆U = Q + W (6.5) La ecuación (6.5) muestra que cuando un sistema tiene un cambio de energía interna (∆U), esta es la suma de las otras formas de energía que el sistema puede intercambiar con el entorno: calor (Q) y trabajo (W). La variación de energía interna del sistema será nula, cuando la energía interna para cada estado se mantiene constante. El valor de la energía interna está dado por los movimientos de translación, de rotación, de vibración y de interacción de las moléculas en el interior del sistema. Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 8 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica Trabajo de expansión Si bien el trabajo se manifiesta de diferentes maneras: trabajo mecánico, trabajo químico, trabajo eléctrico, etc., sólo abordaremos el trabajo de expansión, que es el más importante en los procesos que intervienen los gases. El trabajo de expansión es igual a la presión externa por el cambio de volumen producido en el sistema. W exp = -P . ∆V(6.6) Las unidades: Joule(J) = Pa . m 3 El trabajo puede ser realizado por el sistema o el sistema lo realiza sobre el medio. Se determina según los signos que presenta. Si el sistema se expande, el volumen final es mayor al inicial, el trabajo de expansión será negativo. El sistema realiza trabajo sobre el medio ambiente. Si el sistema se comprime, el volumen final será menor al inicial, el trabajo de expansión es positivo. El medio ambiente realiza trabajo sobre el sistema. Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 9 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica Energía interna y entalpía Para simplificar el estudio de las transformaciones que sufren los sistemas cuando cambia la temperatura, se mantienen constantes la presión o el volumen. Si el proceso se realiza a volumen constante (V = Cte), el calor producido por el sistema es igual a la variación de la energía interna entre el estado inicial y final de esa transformación. Q v = ∆U (6.7) En cambio, para los procesos realizados a presión constante se debe definir otra función: la entalpía (H). Se relaciona matemáticamente con la energía interna, la presión y el volumen del sistema. H = U + P . V (6.8) La entalpía, igual que la energía interna tiene un valor para cada estado. Cuando el sistema sufre una transformación, la variación de entalpía y de energía interna será igual a la del estado final, menos la del estado inicial. Se puede conocer como varían en un proceso. Si su valor permanece constante en el tiempo, la variación de energía interna o entalpía es nula. ∆H = ∆U + ∆(P . V) (6.9) Combinando las ecuaciones anteriores, si el proceso ocurre a presión constante Qp = ∆H (6.10) La ecuación (6 .10), muestra que en un proceso que ocurre a presión constante, el calor es igual a la variación de la entalpía. Las unidades del trabajo, calor, energía interna y entalpía tienen unidades de Joule (J), o Kilo Joule (KJ). Tanto Q como ∆H , son funciones de la temperatura, es decir, se modifican cuando cambia la temperatura. Esto ocurre cuando el sistema está formado por un cuerpo puro, en una sola fase, y no se producen cambios en la composición (no se producen reacciones químicas). Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 10 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica Aplicación del primer principio a sistemas que no cambian su composición El calor de un sistema se modifica cuando se producen cambios en la temperatura. Estos procesos se pueden realizan a presión constante o a volumen constante. Las ecuaciones que relacionan el calor a volumen constante y el calor a presión constante son: Q v = n . c v . ∆T (6.11) (6.12) Qp = n . c p . ∆T Donde cp y cv, son la capacidad calorífica molar a volumen y a presión constantes. Se definen como la cantidad de calor necesaria que tiene un mol de sustancia para elevar la temperatura un grado. Sus unidades son: J/mol.K, y se aplica en los gases. La relación entre ambas está dado por: c p - c v = R (6.13) R: la constante universal de los gases. R = 8,314 J/ mol.K En el caso de los sólidos y los líquidos el cp y el cv está dado por unidad de masa en gramos, no en moles como los gases. Se llama calor específico y sus unidades son J/g. K En los sólidos y los líquidos el cp es aproximadamente igual al cv. ∆T es la variación de temperatura del sistema entre el estado inicial y el estado final. 6.3.1. Calorimetría La calorimetría es la rama de la termoquímica que permite cuantificar los intercambios de calor que se producen en un sistema, mediante lecturas de temperatura. El estudio se realiza con un dispositivo llamado Calorímetro. Consta de un recipiente cerrado con paredes adiabáticas, que dispone de un termómetro y un agitador como muestra la figura. termómetro agitador agua bomba sustancia Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 11 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica Para realizar la experiencia se coloca agua a una temperatura Ti, y se le agrega un sólido, puede ser un metal, a temperatura inicial T0, distinta a la del agua. Se tapa el recipiente de manera que quede aislado con el entorno. Se agita, como muestra la figura, y se lee la temperatura cada 30 segundos. Entre ambos se produce un intercambio de calor, hasta llegar a una Tf, donde hay equilibrio térmico, es decir uniformidad de temperaturas dentro del recipiente. La temperatura final, tendrá un valor intermedio que estará entre las temperaturas iniciales del agua y el cuerpo. Matemáticamente, para un calorímetro se cumple la siguiente ecuación: Q agua + Q cuerpo = 0 (6.14) Si se trabaja a presión constante: ∆H agua + ∆H cuerpo = 0 (6.15) m agua . c p . agua . (T f - Ti ) + m cuerpo . c p . cuerpo . (T f - T 0 ) = 0 (6.16) Siendo Tf la temperatura final de equilibrio, Ti y T0 las temperaturas iniciales del agua y del cuerpo respectivamente. Tabla de valores de densidad y calor específico de elementos, a 250C Elemento Densidad (gr/cm3) Calor Específico (cal/gr ºC) Agua 1 1 Aluminio 2.7 0.226 Bronce 8.4 0.088 Carbono 2.27 0.12 Cobre 8.2-8.9 0.093 Etanol 0.8 0.58 Hielo 0.92 0.55 Mercurio 13.6 0.033 Vidrio 2.5 0.18 Zinc 7.15 0.093 Reacciones químicas Una reacción química es un proceso por el cual una o más sustancias, Reactivos, sufren cambios a nivel de su estructura molecular, se transforman, para dar lugar a nuevos compuestos, denominados Productos. Simbólicamente, se representan mediante las ecuaciones químicas. Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 12 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica Reactivos → Productos Algunos ejemplos de los diferentes tipos de reacciones químicas son: • De formación: dos o más sustancias se combinan para formar un nuevo compuesto. Por ejemplo la síntesis de dióxido de carbono: C(s) + O2(g) → CO 2(g) • De descomposición: Una sustancia se descompone en otras más sencillas, por ejemplo la descomposición del carbonato de calcio cuando se calienta: CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) • De precipitación: por lo general participan compuestos iónicos, dando como resultado un producto insoluble (precipitado). Por ejemplo la reacción en medio acuoso entre nitrato de plata y cloruro de sodio: AgNO 3(ac) + NaCl(ac) → AgCl(s) + NaNO 3(ac) • De combustión: Es la reacción de una sustancia (combustible) con el O2. Estas reacciones siempre liberan calor y sus productos son CO2 y H2O. CH4(g) + 2O 2(g) → CO 2(g) + 2H 2 O(l) Balance de ecuaciones Una ecuación química debe incluir todos los reactivos y productos que intervienen en la reacción, con las proporciones de cada uno, para que se conserven los átomos que participan. La misma cantidad de átomos de un elemento en los reactivos debe encontrarse en los productos. Esto se consigue balanceando la ecuación, lo que significa que se deben introducir coeficientes delante de cada elemento: 2H2(g) + O2(g) → 2H2 O(l) Los números en negrita son los coeficientes y los números escritos como subíndices indican la cantidad de átomos que hay en una molécula. Por ejemplo la molécula de Agua (H2O) tiene 2 átomos de Hidrógeno y un átomo de Oxígeno. Los subíndices no pueden modificarse para balancear las ecuaciones, sólo los coeficientes. Por ejemplo, en la combustión de Sacarosa intervienen como reactivos Sacarosa y Oxígeno, y como productos Dióxido de Carbono y Agua: Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 13 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica ? C 12H22O 11(g) + ? O 2(g) → CO 2(g) + ? H 2 O(l) Se define el coeficiente 1 para la Sacarosa, entonces: • Del elemento C, tenemos 12 átomos en los reactivos, por lo que debemos colocar el coeficiente 12 afectando al CO2. • Del elemento H, tenemos 22 átomos en los reactivos y 2 átomos en los productos, por lo que debemos colocar el coeficiente 11 (11.2=22) afectando al H2O. • Del elemento O, tenemos 11 átomos (de la Sacarosa) más 2 átomos del O2 en los reactivos y 35 átomos en los productos (24 provenientes de 12 CO2 y 11 provenientes de 11 H2O). Como ya fijamos el coeficiente de la sacarosa, se debe colocar el coeficiente 12 delante del O2. C12H22O 11(g) + 12O 2(g) → 12CO 2(g) + 11H 2O(l) Problema Una manzana aporta diversos nutrientes, como los carbohidratos glucosa, fructosa y sacarosa. Cada 100 g de manzana hay 5,7g de fructosa (C6H12O6), cuyo calor de combustión es de -2800 Kj mol-1. a) Plantear la ecuación de combustión de la fructosa y balancearla. b) ¿Cuántos moles de Oxígeno se necesitan para la combustión de 5 moles de fructosa? c) Calcular el aporte calórico de la fructosa en una manzana de 120g. d) Expresar el resultado en unidades de calorías/g Resolución a) C6H12O 6(g) + 6O 2(g) → 6CO 2(g) + 6H 2O(l) ∆Hc0 = -2800kJmol -1 b) Son necesarios 30 moles de Oxígeno. c) En 120g de manzana, se tiene 5,7 * 120 / 100 = 6,84g de fructosa. El Peso Molecular de la fructosa es 180 g/mol, y 6.84 g de fructosa son 6,84 * 1 / 180 = 0,038 moles. Cuando se queman 0.038 moles de fructosa, el calor liberado es 0,038 * (-2800) / 1 = 106,4 Kj d) Expresado en calorías, 106,4 * 1 / 4,18 = 25,45 calorías, es decir 25,45 / 120 = 0.2 cal/g 6.4. Termoquímica La aplicación del primer principio de la termodinámica a las reacciones químicas se llama Termoquímica, que estudia a la energía que intercambian las reacciones químicas en forma de calor. Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 14 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica Las reacciones químicas al producirse van acompañadas por absorción o liberación de calor. Algunos ejemplos de diferentes casos de calor de reacción son: • Calor de formación: Es el calor puesto en juego cuando se produce un compuesto a partir de sustancias simples en sus estados estables y a presión constante: • Calor de combustión: Las reacciones de combustión se producen sobre compuestos orgánicos (formados por C, H o C, H, O), en presencia de O2, para dar como productos CO2 y H2O. Las reacciones de combustión son completas porque todo el reactivo se transforma y son todas exotérmicas, como por ejemplo la combustión de Glucosa: C 6H12O 6 (s) + 6O 2(g) → 6CO 2(g) + 6H 2O(l) ∆Hc0 = -2813,1kJmol -1 6.4.1. Leyes de le termoquímica a) Ley de Lavossier–Laplace: el calor puesto en juego en una reacción química es igual pero de signo contrario al calor puesto en juego en la reacción inversa Ejemplo: La siguiente ecuación corresponde a la reacción de formación del gas metano a 250C y 1 atmósfera, la cual libera calor y por lo tanto es exotérmica. C(s) + 2H 2(g) → CH4(g) ∆Hf0 = -74,9kJ Y la reacción inversa corresponde a la descomposición de dicho gas, la cual es endotérmica (absorbe calor) y el cambio térmico es de igual valor pero de signo contrario: CH4(g) → C(s) + 2H 2(g) ∆H0 = +74,9kJ b) Ley de Hess: el calor puesto en juego en una reacción química es independiente del número de etapas que se necesitan para que se produzca esa reacción. Ejemplo: La combustión de 1 mol del gas metano se puede escribir como sigue: CH4(g) + 2O 2(g) → CO 2(g) + 2H 2O(g)∆Hc0 = -802,37kJmol -1 (a) Además, se cuenta con los siguientes datos: C(s) + O2(g) → CO 2(g) ∆H0 = -393,5kJmol -1(b) 2H 2(g) + O 2(g) → 2H 2O(g) ∆H0 = 2 . (-241,83) kJmol -1 (c) Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 15 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica Se puede operar matemáticamente con las reacciones, sumando, restando y multiplicando convenientemente, para llegar a determinar el calor puesto en juego en una reacción a partir de datos conocidos de otras reacciones. Si se suman las reacciones b y c se tiene: C(s) + O 2(g) → CO 2(g) + 2H2(g) + O 2(g) → 2H 2O(g) C(s)+2H2(g) + 2O 2(g) → CO 2(g) + 2H 2O(g)(d) y luego se suma la inversa de la reacción a: C(s) + 2H 2(g) + 2O 2(g) → CO 2(g) + 2H 2O(g) CO2(g) + 2H 2O(g) → CH4(g) + 2O 2(g) C(s) + 2H 2(g)(g) → CH4(g)(e) se obtiene la ecuación de la reacción de formación del metano (e) y se puede calcular la entalpía correspondiente (sumando las entalpías de b + c + la inversa de a): ∆Hf0 (CH4 ) = -393,5 + 2 . (-241,83) + (+802,37) = -74,80kJmol -1 Tabla de entalpía de combustión de alimentos. Adaptada de Fisicoquímica. (413). Ed Santillana. 2001 Alimento ∆H(Kcal/100g) Alimento ∆H(Kcal/100g) Leche materna 67 [continuación] Leche pasteurizada 64 Manzana 50 Huevo (yema) 353 Naranja 44 Huevo (clara) 48 Acelga 23 Aceite de girasol 898 Zanahorias 27 Pescado (merluza) 77 Lentejas 310 Carne vacuna 223 Pollo 99 Arroz 347 Pan 238 [continúa] Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 16 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica Reacciones exotérmicas y endotérmicas Como se dijo anteriormente, las reacciones químicas intercambian calor con el medio ambiente, y este intercambio puede ser positivo o negativo. Hay reacciones que al producirse liberan calor al medio y en cambio otras necesitan absorber calor del medio. Cuando absorben calor son endotérmicas, el calor es positivo, y cuando liberan calor son exotérmicas y el calor tiene signo negativo. Reacciones químicas a) Endotérmicas: absorben calor b) Exotérmicas: liberan calor Tabla de entalpía de formación de compuestos orgánicos Adaptada de: Fisicoquímica, Laidler y Meiser, CECSA, México, 1997 Compuesto ∆Hf0 (Kj mol-1) Metano -74.81 Etano -84.68 Propano -103.85 Metanol -238.66 Etanol -277.69 Ácido Acético -484.5 Acetona -246.81 Glucosa -1263.07 Sacarosa -2215.8 Glicina -472.16 Urea -318.42 Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 17 Fisicoquímica biológica / Unidad 6. Gases. Termodinámica. Termoquímica Bibliografía Aristegui, R.A. Fisicoquímica. Santillana. 2001. Atkins, Peter W. Química. 3ra edición. Omega SA, 1998. Blanco, Antonio. Química Biológica. 7ma. edición. Editorial Ateneo. Brown, Theodore. Química, la ciencia central. 11era edición. Pearson educación de México S.A., 2009. Chang, Raymond. Química. 6ta edición. McGraw Hill. 2001. Escudero, Pilar; Lauzurica, María Teresa; Pascual, Raimundo; Pastor, José María. Fisicoquímica. Santillana. 2008. Freedman, R; Young, H.; Sears Zemansky: Física universitaria. Editorial Pearson Prentice-Hall. 2009. Labate, Hugo; Briuolo, Paula; Botto, Juan L. Ciencias Naturales. Química 8. AZ editora SA, 3er ciclo EGB. 2001. Lehninger, A. Principios de Bioquímica. Editorial Omega. Máximo, A; Alvarenga, B. Física General con experimentos sencillos. Editorial Oxford. 4ta edición. 2010. Petrucci, Ralph. Química general, enlace químico y estructura de la materia. 8va edición. Pearson educación SA, 2005. Rolando, Aída; Jellinek, Mario. Química 4. A-Z Editorial. Serie Plata. Stryer,I y otros. Bioquímica. 5ta edición Editorial Reverté. Sztrajman, J.; Rela, A; Cerdeira, S.; Orti, E. Física–Química. Editorial AIQUE. 2005. Páginas de Internet • Bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sities/ciencia/ volumen3/ciencia3/122/htmsec_5.htm • www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/ 2000024/lecciones/cap01/01_01_10.htm Programa de Ingreso UNL / Curso de Articulación Disciplinar: Fisicoquímica 18