CALOR DE COMBUSTIÓN

CALOR DE
COMBUSTIÓN
1 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA o PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA “La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. ΔUsistema + ΔUalrededores = 0
ΔUsistema = - ΔUalrededores
ΔUsistema + ΔUalrededores =ΔUuniverso
ΔUuniverso= 0 , Uuniverso= cte
“Establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará”. La energía del universo es constante. cambios finitos dU = !Q + !W
cambios infinitesimales Variaciones de la energía interna U = U (T ,V
)
" !U %
" !U %
dU = $
' dT + $
' dV
# !T &V
# !V &T
"
%
Para: !U
$
'
# !T &V
dU = !Q + !W
Si V = cte: !W = 0
Coeficientes de respuesta (derivadas parciales) U2
! dU = ! !Q
U1
!U = QV
En un proceso isocórico, la variación de la energía interna equivale al calor transferido. TERMOQUÍMICA Es un área de la termodinámica experimental que se encarga del
estudio y la cuantificación de la cantidad de calor cedida o
absorbida por una reacción química.
REACCIÓN DE COMBUSTIÓN ECUACIÓN TERMOQUÍMICA 3
CH 3OH(l) + O 2 (g) ! CO 2 (g) + 2H 2O(l)
2
reactivos
productos
!H r0298.15K = !726.76 kJ/mol
Signo del calor asociado al proceso químico: Exotérmico Qr < 0 Endotérmico Qr > 0 Si P = cte (Qr)p = ΔHr Si V = cte (Qr)V = ΔUr Entalpía de formación Es la cantidad de calor a presión constante que absorbe o cede una reacción química para formar 1 mol de un compuesto a partir de sus elementos a condiciones estándar ( 1 bar y 298.15 K) Formación del dióxido de carbono
C(grafito) + O 2
(g)
(g) ! CO 2( g )
!H r0298.15K = !393.51 kJ/mol
Para los elementos a condiciones estándar 298.15 k y 1 bar : ∆Hºf 298.15 K = 0
Entalpía de reacción ΔH r0 = ∑ ni ΔH 0f ,i productos − ∑ n j ΔH 0f , j reactivos
i
j
C6 H 5COOH (s) +
15
O2 ( g ) ! 7CO2 ( g ) + 3H 2O(l )
2
!H r0298.15K = (7)(!393.51 kJ/mol)+(3)( ! 285.83 kJ/mol) ! (1)(!384.80kJ/mol)
!H r0298.15K = !3227.26 kJ / mol
SUSTANCIA:
ΔHºf, 298.15 K / (kJ/mol)
C6H5COOH (s)
-­‐384.80
O2 (g)
0
CO2 (g)
-­‐393.51
H2O (l)
-­‐285.83
Relación entre ΔH y ΔU H = U + PV
!H r0 = !U r0 + !(PV )
Gas ideal: PV = nRT
Δ( PV ) = Δ(nRT )
A T = cte:
ΔH r0 = ΔU r0 + Δ(ngases ) RT
Δ(ngases ) = ∑ ni ,gases prod. − ∑ n j ,gases react.
i
j
ΔU r0 = ΔH r0 − Δ(ngases ) RT
Para fases condensadas V ≈ cte por efecto de T y P además:
V (g) >> V (s) y V (g) >> V (l)
Por lo tanto el volumen de las fases condensadas se desprecia
Calor de combustión del ácido benzóico a volumen constante:
15
C6 H5 COOH(s) + O2 ( g ) → 7CO2 ( g ) + 3H 2 O(l )
2
15
1
Δ(ngases ) = 7 − = −
2
2
ΔU r0 = −3227260
J
ΔH = −3227260
mol
0
r
ΔU r0 = ΔH r0 − Δ(ngases ) RT
J
J ⎞
J
⎛ 1 ⎞⎛
− ⎜ − ⎟⎜ 8.314
298.15K
=
−
3226020
)
⎟ (
mol ⎝ 2 ⎠⎝
molK ⎠
mol
J ⎞⎛ 1 cal ⎞ ⎛ 1 mol ⎞
⎛
ΔU r0 = ⎜ −3226020
⎟
⎟⎜
⎟ ⎜
mol ⎠⎝ 4.184 J ⎠ ⎝ 122 g ⎠
⎝
ΔU
0
comb
cal
= −6319.97
g