8.4: Estados estándar y entalpías de formación

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Una convención útil permite tabular los datos de entalpía para compuestos individuales de tal manera que el cambio de entalpía para cualquier reacción química se pueda calcular a partir de la información tabulada para los reactivos y productos de la reacción. La convención comprende las siguientes reglas:

I. A cualquier temperatura en particular, definimos el estado estándar de cualquier sustancia líquida o sólida como la forma más estable de esa sustancia a una presión de una barra. Por ejemplo, para el agua a\(-10\) C, el estado estándar es hielo a una presión de una barra; a\(+10\) C, es agua líquida a una presión de una barra.

II. A cualquier temperatura en particular, definimos el estado estándar de un gas como el estado estándar de gas ideal a esa temperatura. Por el estado estándar de gas ideal, nos referimos a una baja presión finita a la que el gas real se comporta como un gas ideal. Sabemos que es posible encontrar tal presión, porque cualquier gas se comporta como un gas ideal a una presión suficientemente baja. Dado que la entalpía de un gas ideal es independiente de la presión, también podemos pensar en una sustancia en su estado estándar de gas ideal como una sustancia hipotética cuya presión es de una barra pero cuya entalpía molar es la del gas real a una presión arbitrariamente baja.

III. Para cualquier sustancia a cualquier temperatura en particular, definimos la entalpía estándar de formación como el cambio de entalpía para una reacción en la que el producto es un mol de la sustancia y los reactivos son los elementos constituyentes del compuesto en sus estados estándar.

Para el agua a —10 C, esta reacción es

\[H_2\left(\mathrm{g},-10\ \mathrm{C},\ 1\ \mathrm{bar}\right)+\ \frac{1}{2}\ O_2\left(\mathrm{g},-10\ \mathrm{C},\ 1\ \mathrm{bar}\right) \ \mathrm{\to } H_2O\left(\mathrm{s},-10\ \mathrm{C},\ 1\ \mathrm{bar}\right)\]

Para el agua a +10 C, es

\[H_2\left(\mathrm{g},+10\ \mathrm{C},\ 1\ \mathrm{bar}\right)+\ \frac{1}{2}\ O_2\left(\mathrm{g},+10\ \mathrm{C},\ 1\ \mathrm{bar}\right) \ \mathrm{\to } H_2O\left(\mathrm{liq},+10\ \mathrm{C},\ 1\ \mathrm{bar}\right)\]

Para el agua a +110 C, es

\[H_2\left(g,+110\ \mathrm{C},\ 1\ \mathrm{bar}\right)+\ \frac{1}{2}\ O_2\left(\mathrm{g},+110\ \mathrm{C},\ 1\ \mathrm{bar}\right) \ \mathrm{\to } H_2O\left(\mathrm{g},+110\ \mathrm{C},\ 1\ \mathrm{bar}\right)\]

IV. A la entalpía estándar de formación se le da el símbolo\(\boldsymbol{\Delta }_{\boldsymbol{f}} \boldsymbol{H}^{\boldsymbol{o}}\), donde el signo de grado superíndice indica que los reactivos y productos están todos en sus estados estándar. El subíndice,\(\boldsymbol{f}\), indica que el cambio de entalpía es para la formación del compuesto indicado a partir de sus elementos. Frecuentemente, el compuesto y otras condiciones se especifican entre paréntesis después del símbolo. Los estados sólido, líquido y gas generalmente se indican con las letras “s”, “\(\ell\)” (o “liq”) y “g”, respectivamente. A veces se utiliza la letra “c” para indicar que la sustancia se encuentra en estado cristalino. En este contexto, la especificación del estado gaseoso normalmente significa el estado estándar de gas ideal.

Las tablas de datos termoquímicos que incluyen entalpías de formación estándar se pueden encontrar en varias publicaciones o en internet. Para algunas sustancias, los valores están disponibles a varias temperaturas. Para las sustancias para las que se dispone de menos datos, estas tablas suelen dar el valor de la entalpía estándar de formación a 298.15 K. (En este contexto, 298.15 K se abrevia frecuentemente a 298 K.)

V. Para cualquier elemento a cualquier temperatura en particular, definimos que la entalpía estándar de formación es cero. Cuando definimos entalpías estándar de formación, elegimos los elementos en sus estados estándar como un estado de referencia común para las entalpías de todas las sustancias a una temperatura dada. Si bien podríamos elegir cualquier valor arbitrario para la entalpía de un elemento en su estado estándar, elegir que sea cero es particularmente conveniente.