Química para no iniciados

¿Cuánta energía está implicada en el funcionamiento de un soplete de acetileno?

Dado que hay una serie compleja de reacciones que tienen lugar, los métodos simples para determinar el calor de reacción no funcionarán. Tenemos que desarrollar nuevos enfoques para estos cálculos.

Añadir calores de reacción

A veces es muy difícil o incluso imposible medir el cambio de entalpía para una reacción directamente en el laboratorio. Algunas reacciones tienen lugar de forma extremadamente lenta, lo que hace inviable una medición directa. En otros casos, una reacción determinada puede ser un paso intermedio en una serie de reacciones. Algunas reacciones pueden ser difíciles de aislar porque pueden producirse múltiples reacciones secundarias al mismo tiempo. Afortunadamente, es posible medir el cambio de entalpía de una reacción mediante un método indirecto. La ley de Hess de la suma de calores establece que si dos o más ecuaciones termoquímicas pueden sumarse para dar una ecuación final, entonces los calores de reacción también pueden sumarse para dar un calor de reacción para la ecuación final.

Un ejemplo ilustrará cómo se puede utilizar la ley de Hess. El acetileno (C 2 H 2 ) es un gas que arde a una temperatura extremadamente alta (3300°C) y se utiliza en la soldadura (en la imagen inicial). En el papel, el gas acetileno se puede producir por la reacción del carbono sólido (grafito) con el gas hidrógeno.

Desgraciadamente, esta reacción sería prácticamente imposible de llevar a cabo en el laboratorio porque el carbono reaccionaría con el hidrógeno para formar muchos productos hidrocarburos diferentes simultáneamente. No hay manera de crear condiciones en las que sólo se produzca acetileno.

Sin embargo, los cambios de entalpía para las reacciones de combustión son relativamente fáciles de medir. Los calores de combustión para el carbono, el hidrógeno y el acetileno se muestran a continuación junto con cada ecuación equilibrada.

Para utilizar la ley de Hess, tenemos que determinar cómo se pueden manipular las tres ecuaciones anteriores de forma que se puedan sumar para dar lugar a la ecuación deseada (la formación de acetileno a partir de carbono e hidrógeno).

Para ello, recorreremos la ecuación deseada, una sustancia cada vez – eligiendo la reacción de combustión de las ecuaciones numeradas del 1 al 3 anteriores que contenga esa sustancia. Puede ser necesario invertir una reacción de combustión o multiplicarla por algún factor para que «encaje» en la ecuación deseada. El primer reactante es el carbono y el en la ecuación de la reacción deseada, el coeficiente del carbono es un 2. Así, escribiremos la primera reacción de combustión, duplicando todos los coeficientes y el .

El segundo reactante es el hidrógeno y su coeficiente es un 1, al igual que en la segunda reacción de combustión. Por lo tanto, esa reacción se utilizará tal como está escrita.

El producto de la reacción es C 2 H 2 y su coeficiente es también un 1. En la reacción de combustión #3, el acetileno es un reactivo. Por tanto, invertiremos la reacción 3, cambiando el signo del .

Ahora, estas tres reacciones se pueden sumar. Cualquier sustancia que aparezca en cantidades iguales como reactivo en una ecuación y como producto en otra ecuación se cancela algebraicamente. Los valores de los cambios de entalpía se suman igualmente.

Así que el calor de reacción para la combinación del carbono con el hidrógeno para producir acetileno es 228,3 kJ. Cuando se produce un mol de acetileno, se absorben 228,3 kJ de calor, lo que hace que la reacción sea endotérmica.

Resumen

• La Ley de Hess se utiliza para calcular el calor de reacción de los procesos que no se pueden medir directamente.

Práctica

Realiza los problemas (tantos como tengas tiempo) en el siguiente enlace:

http://faculty.uscupstate.edu/cbender/Web%20page%20folder%20enmass/chm111/Chm%20111%20worksheets/Hess%27s%20Law%20probs.html

Revisión

Preguntas

1. Enumera dos razones por las que la medición directa de un calor de reacción puede no ser factible.
2. Enuncie la ley de Hess.
3. Si se invierte una reacción de combustión, ¿qué tiene que ocurrir con el valor del ?
• Ley de Hess de la suma del calor: Si dos o más ecuaciones termoquímicas pueden sumarse para dar una ecuación final, entonces los calores de reacción también pueden sumarse para dar un calor de reacción para la ecuación final.