8.1 Entalpía de reacción y entalpía de formación

8.1 Entalpía de reacción y entalpía de formación 

Durante toda su existencia, la humanidad ha utilizado reacciones químicas para producir energía. Estas han ido desde las más rudimentarias, como la combustión de madera o carbón, hasta las más sofisticadas, como las que tiene lugar en los motores de aviones, naves espaciales, lanchas ultrarrápidas y automóviles de carreras. Como sabemos, las reacciones químicas van acompañadas de un desprendimiento o de una absorción de energía.

(Para producir energía, la humanidad ha utilizado las reacciones químicas. Están han ido desde las más sencillas como lo son la combustión de madera o carbón, como las que tiene los motores de un avión, lanchas y automóviles de carreras. Las reacciones químicas van acompañadas de una absorción de energía).

Las reacciones químicas provocan una variación de energía, que suele manifestarse en forma de calor. Su estudio es muy importante, por lo que en este bloque se determinará el calor absorbido o desprendido en las reacciones, así como los posibles métodos para su determinación.

(La variación de energía en las reacciones químicas suelen manifestarse en forma de calor. En este bloque se llevara a cabo ya que su estudio es muy importante, se determinara el calor absorbido o desprendido.  También se determinaran los posibles métodos para obtener su determinación). 

Antes de continuar, se establecerá el significado de algunos términos que se emplean con frecuencia, como la palabra sistema. Por este sistema se entiende la porción específica del universo en la cual se enfoca la atención.

Por ejemplo, si se quieren considerar los cambios que se producen en una solución de cloruro de sodio y nitrato de plata, la solución es el sistema, mientras que el vaso de precipitados y todo lo demás son alrededores.

(Se entiende por “porción especificada del universo en la cual se enfoca la atención”, la palabra sistema. Por ejemplo, si se quisieran considerar los cambios que se producen en una solución de cloruro de sodio y nitrato de plata, la solución en el sistema, todo lo demás son alrededores).

Para explicar los cambios que se producen en un sistema, es necesario definir con precisión sus propiedades, antes y después de que se produzca el cambio. Por lo regular, este se hace al especificar el estado del sistema, es decir, al reunir un grupo específico de condiciones de presión, temperatura, número de moles de cada componente y su forma física (por ejemplo gas, liquido, solido o forma cristalina). Al especificar estas variables, se han fijado todas las propiedades del sistema. Por tanto, el conocimiento de estas características permite definir sin ambigüedad las propiedades del sistema.

(Cuando se explican los cambios en un sistema es necesario definir sus propiedades antes y después de que se produzca el cambio, esto se hace al especificar el estado del sistema, es decir, su presión, temperatura, número de moles de cada componente y su forma física. Estas características permiten definir sin ambigüedad las propiedades del sistema).

Continuando con el tema, diremos que en el siglo XVII y XVIII, los mundos de la química y la física parecían estar bien delimitados. La química se enfoca en el estudio de aquellos cambios que implican alteraciones en la estructura molecular, entre tanto la física se encargaba del estudio de aquellos cambios que no implicaban dichas alteraciones.

(La química se enfoca al estudio de las alteraciones en la estructura molecular y la física se encargaba del estudio de cambios que no implicaran dichas alteraciones. A esto la química y la física parecían estar bien delimitados en los siglos XVII y XVIII).

De esta manera, mientras que en la primera parte del siglo XIX, Davy se ocupaba de alterar la ordenación molecular de los compuestos inorgánicos y Berthelot la de los compuestos orgánicos, los físicos Joule, Mayer y Helmholtz estudiaban el flujo del calor, al que denominaron termodinámica (de las palabras griegas que significan movimiento de calor). En 1840, su trabajo comprobó que en los cambios sufridos por el calor y otras formas de energía, no se destruye ni se crea energía. A este principio se le llamó la ley de la conservación de la energía o primer principio de la termodinámica.

(Los físicos Joule, Mayer y Helmholtz estudiaron el flujo del calor, al que denominaron termodinámica (movimiento de calor). En 1840, su trabajo comprobó que los cambios sufridos por el calor y otras energías, no se destruye ni se crea energía. A este principio se le llamo ley de la conservación de la energía). 

A estos trabajos se sucedieron las aportaciones de los físicos Carnot, Thomson, kelvin y Clausius, quienes demostraron que el calor, abandonado a sí mismo, fluye espontáneamente de un punto con mayor temperatura hacia otro con menor temperatura, y que a partir del calor se puede obtener trabajo solamente cuando existe tal flujo del calor a través de una diferencia de temperaturas. Esta inferencia se generalizó para aplicarla a cualquier forma de energía que fluye desde un punto de mayor intensidad hacia otra de menor intensidad.

(Quienes demostraron que el calor, abandonado así mismo, fluye espontáneamente de un punto con mayor temperatura hacia otro con menor temperatura, fueron los físicos Carnot, Thomson, Kelvin y Clausius. Esta inferencia se aplica a cualquier forma de energía que fluye des un punto mayor a un punto de menor intensidad).

Por su parte, en 1850, Clausius estableció el término entropía para designar la proporción entre el calor contenido en un sistema aislado y su temperatura absoluta. Asimismo, demostró que en cualquier cambio espontaneo de energía, la entropía del sistema se incrementa. Este principio de llamó segundo principio de la termodinámica.

(Clausius estableció el término entropía en 1850 para designar el calor contenido en un sistema aislado y su temperatura absoluta. De igual manera demostró que en cualquier cambio de energía, la entropía absoluta del sistema se incrementa. Este principio se llamó segundo principio de la termodinámica).

Tales avances en el terreno de la física no podría aislarse de la química, ya que después de todo, aparte del Sol, la mayor fuente de calor en el mundo del siglo XIX residía en las reacciones químicas, como la combustión de la madera, el carbón y el petróleo. Por esa misma época,también se observó que otras reacciones químicas desarrollaban calor, por ejemplo, la neutralización de ácidos por bases. De hecho, todas las reacciones químicas implican algún tipo de transferencia térmica, ya sea de emisión de calor (y a veces luz) al entorno, o bien de absorción de calor (y a veces de luz) desde el entorno.

(Aparte del sol, la mayor fuente de calor en el mundo del siglo XIX residía en las reacciones química, como la combustión de la madera, el carbón y el petróleo. Otras reacciones químicas observadas desarrollaban calor, por ejemplo, la neutralización de ácidos por bases).

En 1840, los mundos de la química y la física se unieron y comenzaron a marchar juntos gracias al trabajo del químico ruso-suizo Germain Henri Hess  (1802-1850). Hess dio a conocer los resultados de cuidadosas  medidas que había tomado sobre la cantidad de calor desarrollada en las reacciones químicas entre cantidades físicas de algunas sustancias.

(La química y la física se unieron en 1840 y comenzaron a marchar juntos gracias al trabajo del químico ruso-suizo Germain Henri Hess. Hess tomo medidas de la cantidad de calor desarrollada en reacciones químicas en cantidades fijas de algunas sustancias y dio a conocer los resultados). 

Logró demostrar que la cantidad de calor producida (o absorbida) en el paso de una sustancia a otra era siempre la misma, sin importar la ruta química por lo que había ocurrido en el cambio, ni en cuantas etapas. Debido a esta generación (Ley de Hess), esta personalidad es considerada en ocasiones como el fundador de la Termoquímica (química del calor de las reacciones químicas). Con base en dicha ley, parecía altamente probable que la conversación de la energía se aplicase tanto a los cambios químicos como a los físicos.

(Hess logro  demostrar que la cantidad de calor producida en el paso de una sustancia a otra era siempre la misma, sin importar la ruta química del  cambio ocurrido ni las etapas. Debido a esto, esta personalidad es considerado el fundador de la termoquímica).

Entre 1860 y 1869, Pierre Berthelot, quien había hecho importantes trabajos en síntesis orgánica, concentró su atención en la termoquímica. Para ello, ideó algunos métodos para efectuar reacciones químicas dentro de cámaras cerradas rodeadas por agua a temperatura conocida y a partir del incremento de la temperatura del agua circundante al finalizar la reacción, podía medirse la cantidad de calor desarrollada por la misma. Utilizando este tipo de calorímetro (de la palabra latina que significa “medida de calor”), Berthelot obtuvo determinaciones cuidadosas de la cantidad de calor desarrollada por diferentes reacciones químicas.

(Pierre Berthelot concentro su atención en la termoquímica entre 1860 y 1869, el ideo algunos métodos para efectuar reacciones químicas dentro de cámaras cerradas rodeadas por agua a temperatura conocida y a partir del incremento en la temperatura del agua circundante al finalizar la reacción la cantidad de calor desarrollada podía medirse en esta forma).

A partir de la anterior explicación sobre el calor en las reacciones químicas, podemos decir que una razón por la cual se llevan a cabo es porque los productos alcanzan un estado de energía menor, más estable que el de los reactivos. Para que los productos alcancen este estado más estable, se debe liberar y emitir energía a los alrededores en forma de calor (o como trabajo y calor).

(La explicación anterior acerca del calor en las reacciones químicas, nos dice que se lleva a cabo  porque los productos alcanzan un estado de energía menor, para que los productos alcancen este estado se debe liberar y emitir energía a los alrededores en forma de calor).

Cuando se neutraliza una solución de base agregando un ácido, la liberación de energía se nota por un aumento inmediato de temperatura en la solución. Por ejemplo, cuando el motor de un automóvil quema gasolina, desde luego se libera calor, y al mismo tiempo parte de la energía efectúa  el trabajo de mover el automóvil.

(Al neutralizar una base agregándole un ácido se tiende a liberar energía, la cual se nota en el inmediato aumento de su temperatura, un ejemplo de esta es el motor de un auto ya que quema gasolina y se libera calor, así como también parte de la energía efectuada hace que el automóvil pueda moverse).