QUÈ ÉS L'ENTALPIA DE FORMACIÓ? (AMB EXERCICIS) - FÍSICA - 2025

La entalpia de formació és el canvi que pateix l'entalpia en la formació d'un mol d'un compost o substància en condicions estàndard. S'entén per condició estàndard de pressió quan la reacció de formació es porta a terme a pressió atmosfèrica d'una atmosfera ia temperatura ambient de 25 graus Celsius o 298,15 Kelvin.

L'estat normal dels elements reactius en una reacció de formació es refereix a l'estat d'agregació (sòlid, líquid o gasós) més comuna d'aquestes substàncies en les condicions estàndard de pressió i temperatura.

En la reacció de formació d'un compost es intercanvia calor amb l'ambient. Font: pixabay

Estat normal també es refereix a la forma al·lotròpica més estable d'aquests elements reactius en les condicions estàndard de reacció.

L'entalpia H és una funció termodinàmica que es defineix com l'energia interna U més el producte de la pressió P pel volum V de la substàncies que intervenen en la reacció química de formació d'un mol substància:

H = U + P ∙ V

L'entalpia té dimensions d'energia i en el Sistema Internacional de mesures es mesura en Joules.

entalpia estàndard

El símbol de l'entalpia és H, però en el cas concret de l'entalpia de formació es denota per ΔH0f per indicar que es refereix a el canvi experimentat per aquesta funció termodinàmica en la reacció de formació d'un mol de determinat compost en condicions estàndard.

En la notació, el superíndex 0 indica les condicions estàndard, i el subíndex f que es tracta de la formació d'un mol de substància partint dels reactius en l'estat d'agregació i forma al·lotròpica més estable dels reactius en les condicions estàndard.

Calor de formació

La primera llei estableix que la calor intercanviat en un procés termodinàmic és igual a la variació de l'energia interna de la substàncies que intervenen en el procés més el treball realitzat per aquestes substàncies en el procés:

Q = ΔU + W

En el cas que ens ocupa, la reacció es duu a terme a pressió constant, específicament a la pressió d'una atmosfera, de manera que el treball serà el producte de la pressió pel canvi de volum.

Llavors la calor de formació d'un determinat compost que denotarem per Q0f es relaciona amb el canvi en energia interna i en volum de la següent manera:

Q0f = ΔU + P ΔV

Però recordant la definició de l'entalpia estàndard hem de:

Q0f = ΔH0f

Diferència entre entalpia i calor de formació

Aquesta expressió no vol dir que la calor de formació i l'entalpia de formació siguin el mateix. La interpretació correcta és que la calor intercanviat durant la reacció de formació va ocasionar un canvi en l'entropia de la substància formada en relació amb els reactius en condicions estàndard.

D'altra banda, com l'entalpia és una funció termodinàmica extensiva, la calor de formació sempre es refereix a un mol de l'compost format.

Si la reacció de formació és exotèrmica, llavors l'entalpia de formació és negativa.

Per contra si la reacció de formació és endotèrmica, llavors l'entalpia de formació és positiva.

equacions termoquímiques

En una equació termoquímica de formació no només s'han d'indicar els reactius i els productes. En primer lloc cal que l'equació química estigui balancejada de manera que la quantitat de l'compost format sigui sempre 1 mol.

D'altra banda en l'equació química s'ha d'indicar el estat d'agregació de reactius i productes. Si és necessari, també s'ha d'indicar la forma al·lotròpica dels mateixos, ja que la calor de formació depèn de tots aquests factors.

En una equació termoquímica de formació s'ha d'indicar també l'entalpia de formació.

Vegem alguns exemples d'equacions termoquímiques ben plantejades:

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (g); ΔH0f = -241,9 kJ / mol

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l); ΔH0f = -285,8 kJ / mol

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (s); ΔH0f = -292,6 kJ / mol

consideracions importants

- Totes estan balancejades sobre la base de la formació d'1 mol de producte.

- S'indica l'estat d'agregació dels reactius i del producte.

- S'indica l'entalpia de formació.

Cal notar que l'entalpia de formació depèn de l'estat d'agregació del producte. De les tres reaccions, la més estable en condicions estàndard és la segona.

A causa de que el que importa en una reacció química i en particular en una de formació és el canvi d'entropia i no l'entropia mateixa, s'acorda que els elements purs en la seva forma molecular i estat d'agregació natural en condicions estàndard tenen entropia de formació nul·la.

A continuació vegem alguns exemples:

O2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol

Cl2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol

Na (s); ΔH0f = 0 kJ / mol

C (grafit); ΔH0f = 0 kJ / mol

exercicis resolts

-Exercici 1

Sabent que per a la formació de l'etè (C2H4) es requereix aportar 52 kJ de calor per cada mol i que els seus reactius són l'hidrogen i el grafit, escriviu l'equació termoquímica de formació de l'etè.

solució

En primer lloc vam plantejar l'equació química i la balanceamos en base a un mol d'etè.

Després tenim en compte que es requereix aportar calor perquè la reacció de formació es dugui a terme, la qual cosa indica que es tracta d'una reacció endotèrmica i per tant l'entropia de formació és positiva.

2 C (grafit sòlid) + 2 H2 (gas) → C2H4 (gas); ΔH0f = +52 kJ / mol

-Exercici 2

En condicions estàndard es barregen en un recipient de 5 litres hidrogen i oxigen. L'oxigen i l'hidrogen reaccionen completament sense que sobre cap dels reactius per formar peròxid d'hidrogen. En la reacció es van alliberar 38,35 kJ de calor a l'ambient.

Plantegi l'equació química i termoquímica. Calculi l'entropia de formació de l'peròxid d'hidrogen.

solució

La reacció de formació de l'peròxid d'hidrogen és:

H2 (gas) + O2 (gas) → H2O2 (líquid)

Noti que l'equació ja està balancejada en base a un mol de producte. És a dir, que es requereix un mol d'hidrogen i un mol d'oxigen per produir un mol d'aigua oxigenada.

Però l'enunciat de el problema ens diu que en un recipient de 5 litres es barregen hidrogen i oxigen en condicions estàndard, pel que sabem que cada un dels gasos ocupa 5 litres.

Ús de les condicions estàndard per obtenir l'equació termoquímica

D'altra banda s'entén per condicions estàndard pressió d'1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa i temperatura de 25 ° C = 298,15 K.

En condicions estàndard 1 mol de gas ideal ocuparà 24,47 L, com pot verificar-se a partir del següent càlcul:

V = (1 mol * 8,3145 J / (mol * K) * 298,15 K) / 1,03 x 10⁵ Pa = 0,02447 m³ = 24,47 L.

Com es disposa de 5 L llavors el nombre de mols de cada un dels gasos està donat per:

5 litres / 24,47 litres / mol = 0,204 mols de cadascun dels gasos.

D'acord a l'equació química balancejada es formaran 0,204 mols de peròxid d'hidrogen en els que van alliberar 38,35 kJ de calor a l'ambient. És a dir, que per formar un mol de peròxid es requereixen 38,35 kJ / 0,204 mols = 188 kJ / mol.

A més, com la calor s'allibera a l'ambient durant la reacció, llavors l'entalpia de formació és negativa. Vist finalment la següent equació termoquímica:

H2 (gas) + O2 (gas) → H2O2 (líquid); ΔH0f = -188 kJ / mol

referències

1. Castanyers E. L'entalpia en les reaccions químiques. Recuperat de: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Termoquímica. Entalpia de reacció. Recuperat de: recursostic.educacion.es
3. Termoquímica. Definició d'entalpia de reacció estàndard. Recuperat de: quimitube.com
4. Termoquímica. Definició d'entalpia de formació i exemples. Recuperat de: quimitube.com
5. Wikipedia. Entalpia estàndard de reacció. Recuperat de: wikipedia.com
6. Wikipedia. Entalpia de formació. Recuperat de: wikipedia.com