Entalpía
La mayoría de los cambios físicos y químicos, incluyendo los que tienen lugar en los sistemas vivos, ocurren en las condiciones de presión constante de la atmósfera. En el laboratorio, por ejemplo, las reacciones por lo general se realizan en vasos de precipitados, matraces o tubos de ensayo, que permanecen abiertos a los alrededores y por tanto. su presión aproximada es de una atmósfera (1 atm). Para medir el calor absorbido o liberado por un sistema durante un proceso a presión constante, los químicos utilizan una propiedad llamada entalpía, que se representa por el símbolo H y se define como E + PV. La entalpía es una propiedad extensiva; su magnitud depende de la cantidad de materia presente. Es imposible determinar la entalpía de una sustancia, y lo que se mide en realidad es el cambio de entalpía ΔH. (La letra griega delta, A, simboliza cambio.) La entalpía de reacción, ΔH, es la diferencia entre las entalpías de los productos y las entalpías de los reactivos:
ΔH = H(productos) - H(reactivos)
En otras palabras, ΔH representa el calor absorbido o liberado durante una reacción. La entalpía de una reacción puede ser positiva o negativa, dependiendo del proceso. Para un proceso endotérmico (el sistema absorbe calor de los alrededores), ΔH es positivo (es decir, ΔH > 0). Para un proceso exotérmico (el sistema libera calor hacia los alrededores), ΔH es negativo (es decir, ΔH < 0).
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| a) Un proceso exotérmico, b) Un proceso endotérmico. Las escalas en la parte a) y b) no son las mismas, es decir, el calor liberado en la forma de H2O a partir de H2 y O2 no es igual al calor absorbido en la descomposición de HgO. |
Una analogía del cambio de entalpía es el cambio en el capital de una cuenta bancaria. Suponga que el capital inicial es $100. Después de una transacción (de depósito o de retiro), el cambio en el capital bancario ΔX, está dado por:
ΔX = Xfinal - Xinicial
en donde X representa el capital bancario. Si se depositan $40 en la cuenta, entonces ΔX = $140-$100 = $40. Esto corresponde a una reacción endotérmica. (El capital aumenta de la misma forma que la entalpía del sistema.) Por otra parte, un retiro de $60 significa que ΔX = $40 – $100 = - $60. El signo negativo de ΔX significa que ha disminuido el capital. De igual forma, un valor negativo de ΔH significa una disminución en la entalpía del sistema como resultado de un proceso exotérmico. La diferencia entre esta analogía y la ecuación de entalpía radica en que, mientras que siempre se conoce el capital bancario exacto, no hay forma de conocer la entalpía individual de productos y reactivos. En la práctica, solamente es posible medir la diferencia de sus valores. Ahora se aplica la idea de los cambios de entalpía a dos procesos comunes, el primero implica un cambio físico y el segundo, un cambio químico.
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