2.-ENTALPIA

FIGMM 1.3.3 ENTALPIA (H) Entalpía es la cantidad de calor Q que se desprende o que se absorbe en una reacción a P cte

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FIGMM

1.3.3

ENTALPIA (H)

Entalpía es la cantidad de calor Q que se desprende o que se absorbe en una reacción a P cte. H es otra función de estado cuyo valor solo depende de E, P y V y tiene unidades de energía. H = E + PV

…………………………..……………… (1)

Un cambio de entalpía se representa como:

∆H = Qp si

.……………. (4)

♦ Para reacciones que involucran sólidos y líquidos cuando las reacciones ocurren a P < 1atm, ∆ (PV) es muy pequeño. Por eso de (2) se obtiene:

∆H ≈ ∆E

……………

♦ Para reacciones que involucran gases en un proceso ISOTERMICO (T = cte.) PV = nRT ∆ (PV) = ∆ (nRT) = RT∆ng por ser T = cte.

Reemplazando en (2):

∆H = ∆E + RT∆ng

Demostración: ∆ (PV) = PfVf – PiVi = nfRT – ∆ (PV) = RT∆ng

Prob.1 Entalpia Preparado por: Lic. Nelli Guerrero G.

1

niRT = RT(nf - ni)

(5)

FIGMM ¿Será ∆H igual a ∆E para las reacciones siguientes?

Solución:

∆ng = (1+1) – (1)=1

a)

∆H = ∆E + RT (1)

∆H = ∆E + RT

y

∆H ≠ ∆E Rep.

∆ng = 2–1–1=0

b)

∆H = ∆E + RT (0)

∆H = ∆E

Resp.

∆ng = 0 – 1= -1

c)

∆H = ∆E – RT

∆H ≠ ∆E

Resp.

Prob.2

¿Cuál es el valor de ∆H en función de ∆E en los siguientes casos? a) En el proceso de fusión del agua b) En el proceso de vaporización del agua Sol: 0º C

H2 O

100º C

H2 O

fusión

(hielo)

ng = 0 moles de H2O (s)

a)

vaporización

(vapor)

ng = 0

ng = 1 mol de vapor de H2O

∆ng = 0

∆H = ∆E + RT∆ng ∆H = ∆E + RT (0)



∆H = ∆E

b) ∆H = ∆E + RT∆ng ∆H = ∆E + RT (1)

→ ∆H = ∆E + RT

Entalpia Preparado por: Lic. Nelli Guerrero G.

H2 O

(liquido)

2

∆ng = 1

FIGMM

1.3.4 CAPACIDAD CALORIFICA (C) C esta definido como:

C es la cantidad de Q que se requiere para elevar To en un sistema en 1o grado

Es una propiedad EXTENSIVA ya que depende del calor Q y Q depende de la masa. Integrando (1) obtenemos:

C∆T = Q

Desde que:

……………………….. (2)

dE = dQ – PdV dQ = dE + PdV

En (1):

CASO I:

……….. (3)

Si

De esta ecuación obtenemos 2 casos:

V = cte. → dV = 0 → (3) se convierte en: ………………………(4)

Esta relación define la Cv como la razón de cambio de la E con la T, cuando V = cte. De (4) obtenemos:

Dado a que las E son aditivas: CASO II:

Si





∆E = nCv

…………….…… (5)

P = cte. → dP = 0 → (3) se convierte en: pero

Entalpia Preparado por: Lic. Nelli Guerrero G.

3

dH = dE + d(PV) = dE + PdV + VdP dE = dH – PdV – VdP

FIGMM

Integrando:



para



n moles

…………………… (6)

RELACION ENTRE LAS CAPACIDADES CALORIFICAS 1.

pero

Si: n = 1 :

………………(7)

2.

……..

Relación de La Place donde

Cp

Cv

Gases Monoatómicos

5/3

5

3

…..He ,Todos los gases nobles, Ar, Ne, Rn, Xe y He

Gases Diatómicos

7/5

7

5

…..O2, N2 , H2 , F2,Cl2 , etc.……

Gases Triatómicos

9/7

9

7

………O3,etc

Vemos que Si :

depende de la atomicidad de la molécula.

Cp – Cv = R Cv – Cv = R

Entalpia Preparado por: Lic. Nelli Guerrero G.

4

FIGMM Cv (

)=R

…………….

………… (8)

Usando (8) podemos calcular Cp en función de

Cp = R + Cv =

=

…………. (9)

1lt.atm = 24.2cal

Definiciones Calor específico (Ce): Es la cantidad de calor que se requiere para variar 1g de sustancia, en 1 grado centígrado. Unidad:

Capacidad calorífica molar: Es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de una mol de sustancia en 1 grado centígrado.

Unidades:

CMOLAR = Ce . PM

Según la Ley de Dulong y Petit

Entalpia Preparado por: Lic. Nelli Guerrero G.

5

FIGMM Prob: 4 moles de un gas monoatómico se enfría desde 120ºC hasta 25ºC a P cte. de 2 atm. Calcular: a) ∆E

b) ∆H

c) Q

d) W

a) ∆E = nCv∆T = nCv(T2 – T1) = 4.3.(298 – 393) = – 1140 cal

Sol:

b) ∆H = nCp∆T = nCp(T2 – T1) = 4.5.(298 – 393) = – 1900 cal c) Qp = ∆H = – 1900 cal por ser proceso a P cte. d) W =?

∆E = Q – W

→ W = Q – ∆E = – 1900 – (– 1140) = – 760cal

Rep.

Prob1.- Cuando se colocan 5.63 g de Ag a 96.71ºC en un recipiente aislado con 61.22g de H 2O a 20.0ºC, la Tº final es de 20.39ºC.a) Calcular el Ce de la plata b) Calcular el Pat aprox. de acuerdo a Dulong y Petit. Rep.: a) 0.0556cal/g.ºC

b) 115g/mol

Qg + Qp = 0

a) Sol:

(61.22g)(1 cal/gºC)(20.39 - 20)ºC +5.63gCe (20.39 – 96.71)ºC = 0

b)

Prob2 a)¿Cuantas calorías se requiere para elevar la Tº de 40g de hierro de 20 a 85ºC?

Entalpia Preparado por: Lic. Nelli Guerrero G.

6

FIGMM b) ¿Cuantas calorías se desprenden cuando se enfrían 200g de agua del punto de ebullición normal hasta 20ºC? Rpta:

a) 276 cal b)……………………………..

Prob3: Averigue la Tº resultante cuando se mezclan 1000g de hielo a 0ºC con 200g de vapor a 100ºC. Rep.: 40ºC

Prob: Tenemos 180g de agua (hielo) a 173ºK y deseamos llevarla al estado de vapor a 573 ºK. Calcular el calor requerido para esta transformación. Datos:

Calor latente de fusión = λf = 1440cal/mol Calor latente de vaporización = λv = 9720cal/mol

Calor específico:

a a

0 OC 100 OC

(273 ºK) (373 ºK)

Hielo Líquido Vapor

(300OC) O

(100 C)

573OK Q4

373OK Q3

(0OC)

Q5

vaporización

Q2

273OK Q1

fusión

173OK

Entalpia Preparado por: Lic. Nelli Guerrero G.

7 Q (cal)

FIGMM

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 Q1 Hielo = mCe∆T = (180g)(0.5cal/g.grado)(273 – 173)ºK = 9000 cal Q2 = (10 moles) (1440cal/mol) =14400cal Q3 = (180g)(1.0cal/g.ºK)(373 – 273)ºK = 18000 cal Q4 = (10moles)(9720cal/mol)=97200cal Q5 = (180g)(0.477cal/g.oK)(573 – 373) oK = 17172 cal Q = 9000 + 14400 + 18000 + 97200 + 17172 = 155 772 cal

1.3.5

Rep.

PROCESO ADIABATICO REVERSIBLE DE UN GAS IDEAL

Proceso adiabático es el que ocurre sin que haya un intercambio de calor entre el sistema y sus alrededores, debido a que el sistema está perfectamente AISLADO o porque se trata de reacciones RAPIDAS. Q=0

pero

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8

FIGMM

Integrando ambos miembros:



pero





Proceso ADIABATICO entre T y V para un gas ideal

I) Para un gas ideal:

→ en (1):



………………….(2) Proc. Adiaba ÷ 1

II) De los gases ideales



……………………(3) Proc. Adi ÷ T y P

Entalpia Preparado por: Lic. Nelli Guerrero G.

9

FIGMM

1.3.6 VAPORIZACION ISOTERMA REVERSIBLE DE UN LÍQUIDO Cuando se vaporiza un líquido, el vapor efectúa un W en contra de una P cte.

W = P.∆V = P (VV - VL) Además:

pero Vl