14: Termoquímica
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Todos los cambios químicos van acompañados de la absorción o liberación de calor. La íntima conexión entre materia y energía ha sido fuente de asombro y especulación desde los tiempos más primitivos; no es casualidad que el fuego fuera considerado uno de los cuatro elementos básicos (junto con la tierra, el aire y el agua) ya en el siglo V a. C. En este conjunto de lecciones, revisaremos algunos de los conceptos fundamentales de energía y calor y la relación entre ellos. Comenzaremos el estudio de la termodinámica, que trata los aspectos energéticos del cambio en general, y finalmente aplicaremos esto específicamente al cambio químico. Nuestro propósito será brindarle las herramientas para predecir los cambios energéticos asociados con los procesos químicos. Esto construirá las bases para un objetivo más ambicioso: predecir la dirección y el alcance del cambio en sí mismo.
- 14.1: Energía, Calor y Trabajo
- Todos los cambios químicos van acompañados de la absorción o liberación de calor. En esta unidad revisaremos algunos de los conceptos fundamentales de energía y calor y la relación entre ellos. Comenzaremos el estudio de la termodinámica, que trata los aspectos energéticos del cambio en general, y finalmente aplicaremos esto específicamente al cambio químico. Nuestro propósito será brindarle las herramientas para predecir los cambios energéticos asociados con los procesos químicos.
- 14.2: La Primera Ley de la Termodinámica
- “La energía no puede ser creada ni destruida"— esta ley fundamental de la naturaleza, más propiamente conocida como conservación de la energía, es familiar para cualquiera que haya estudiado ciencia. Bajo su nombre más formal de Primera Ley de la Termodinámica, gobierna todos los aspectos de la energía en la ciencia y la ingeniería.
- 14.3: Moléculas como Transportadores y Convertidores de Energía
- Todas las moléculas a temperaturas superiores a cero absoluto poseen energía térmica, la energía cinética aleatoria asociada con los diversos movimientos que pueden sufrir las moléculas en su conjunto, y también los átomos dentro de ellas. Las moléculas poliatómicas también poseen energía potencial en forma de enlaces químicos. Por lo tanto, las moléculas son a la vez vehículos para almacenar y transportar energía, y los medios para convertirla de una forma a otra van acompañados de la captación o liberación de calor.
- 14.4: Termoquímica y Calorimetría
- El calor que fluye a través de los límites de un sistema que experimenta un cambio es una propiedad fundamental que caracteriza el proceso. Se mide fácilmente, y si el proceso es una reacción química realizada a presión constante, también se puede predecir a partir de la diferencia entre las entalpías de los productos y los reactivos. El estudio cuantitativo y la medición de los cambios de calor y entalpía se conoce como termoquímica.
- 14.5: Calorimetría
- La Calorimetría de Volumen Constante, también conocida como calorimetría de bomba, se utiliza para medir el calor de una reacción manteniendo constante el volumen y resistiendo grandes cantidades de presión. En este módulo se abordará el montaje básico de un calorímetro de bomba, así como cómo la calorimetría de la bomba se relaciona con el calor de reacción y la capacidad calorífica y los cálculos involucrados respecto a estos dos temas.
- 14.6: Aplicaciones de la Termoquímica
- Prácticamente todos los procesos químicos implican la absorción o liberación de calor, y así cambios en la energía interna del sistema. En esta sección, estudiamos algunas de las aplicaciones más comunes relacionadas con la química de la entalpía y la Primera Ley. Si bien las dos primeras secciones se refieren principalmente a la química, las restantes impactan en la vida cotidiana de todos.