Ejemplo resuelto: Usar entalpías de enlace para calcular la entalpía de reacción

Las entalpías de enlace pueden utilizarse para   estimar el cambio estándar en la  entalpía de una reacción química. Así que vamos a utilizarlas para estimar  la entalpía de la combustión del etanol. Si observamos nuestra ecuación balanceada tenemos  un mol de etanol que reacciona con 3 moles de gas   oxígeno para producir 2 moles de dióxido de  carbono y 3 moles de agua en estado gaseoso. Para encontrar el cambio estándar en  la entalpía de esta reacción química   necesitamos la suma de las entalpías de enlace  de los enlaces rotos y a esto restarle la suma   de las entalpías de enlace de los enlaces  que se forman en esta reacción química. Para encontrar qué enlaces se  rompen y qué enlaces se forman,   es útil observar las estructuras  de puntos de nuestras moléculas. Así que empecemos con la molécula del etanol. Primero vamos a abordar este  problema como si estuviéramos   rompiendo todos los enlaces en estas moléculas. Y para ahorrar espacio en la pantalla, no nos  vamos a preocupar de las unidades hasta el final. Si observamos la molécula de  etanol, necesitaremos romper   un enlace carbono-carbono.  Así que vamos a escribirlo. Estamos sumando las entalpías de enlace  que se rompen. Entonces tenemos un enlace   carbono-carbono, vamos a escribirlo, la entalpía  de enlace para un enlace carbono-carbono. Después tenemos 5 enlaces carbono-hidrógeno  que necesitamos romper. Así que a esto,   vamos a sumarle 5 veces la entalpía de  enlace para un enlace carbono-hidrógeno. Después necesitamos romper un enlace simple  de carbono-oxígeno. Así que vamos a escribir   1 vez la entalpía de enlace para el  enlace simple del carbono-oxígeno. Y por último, para esta molécula de etanol,   también tenemos un enlace  simple de oxígeno-hidrógeno. Así que escribiremos 1 vez la entalpía de  enlace para un enlace simple oxígeno-hidrógeno. Y vimos en la ecuación balanceada que 1 mol de  etanol reacciona con 3 moles de gas oxígeno. Entonces para representar 3 moles de gas  oxígeno, dibujé aquí tres moléculas de O2. Y podemos ver que cada molécula de O2  tiene un enlace doble oxígeno-oxígeno. Por lo tanto, necesitamos romper  tres enlaces dobles oxígeno-oxígeno,   así que agregaremos 3 veces la entalpía de  enlace para un enlace doble oxígeno-oxígeno. Ahora, todo esto nos da la suma  de las entalpías de enlace para   todos los enlaces que se rompen. Se  necesita energía para romper un enlace. Por lo tanto, la suma de las  entalpías de enlace para los   enlaces que se rompen será un valor positivo. Así como se necesita energía para  romper los enlaces, de manera contraria,   se desprende energía cuando se forman los enlaces. A continuación, vamos a sumar las entalpías de  enlace de los enlaces que se forman. Y observa,   tenemos este signo negativo justo  aquí ya que la energía se desprende. Así que escribiremos este signo negativo,  y después colocaremos los corchetes,   debido a que sumaremos las entalpías  de enlace de los enlaces que se forman. En nuestra ecuación balanceada podemos  ver que formamos 2 moles de dióxido de   carbono. Así que para representar estos  2 moles dibujé dos moléculas de CO2. Y podemos ver que en cada molécula de CO2, vamos  a formar dos dobles enlaces carbono-oxígeno. Así que en total tenemos 4 enlaces  dobles carbono-oxígeno. Así que por   acá abajo escribiremos 4 veces la entalpía de  enlace para un doble enlace carbono-oxígeno. También formamos tres moléculas  de H2O. En cada molécula de agua,   que dibujé por acá, formamos dos  enlaces simples oxígeno-hidrógeno. Y como tenemos 3 moles, tenemos en total  6 enlaces simples oxígeno-hidrógeno. Así que a esto le sumaremos 6 veces la entalpía  de enlace para un enlace simple oxígeno hidrógeno. Bien, el siguiente paso será  observar las entalpías de   enlace para todos estos enlaces diferentes. Por ejemplo, la entalpía de enlace para  un enlace simple de carbono-carbono es   aproximadamente de 348 kilojoules por mol. Aunque podrías encontrar un  valor ligeramente distinto   dependiendo del libro de texto que consultes. No obstante, utilizaremos 348 kilojoules  por mol para nuestros cálculos.  Y vamos a multiplicar esto por 1 mol  de enlaces simples de carbono-carbono. Después buscamos la entalpía de enlace para  nuestro enlace simple de carbono-hidrógeno,   la cual es aproximadamente 413 kilojoules por   mol de enlaces carbono-hidrógeno. Y a  esta cantidad la multiplicamos por 5. Y así, continuamos con la suma de todas las  demás entalpías de enlace para los enlaces rotos. Al hacerlo obtendremos + 4,719 kilojoules. A continuación, haremos lo mismo con la entalpía  de enlace para los enlaces que se forman. Por ejemplo, la entalpía de enlace para  nuestro enlace doble carbono-oxígeno es   de 799 kilojoules por mol,  y lo multiplicamos por 4. Después tenemos que la entalpía  de enlace para un enlace simple   oxígeno-hidrógeno es 463 kilojoules  por mol, y lo multiplicamos por 6. Al sumar estas cantidades obtendremos 5,974. Y, por lo tanto, el cambio estándar final  en la entalpía de enlace para nuestra   reacción química es +4,719–5,974,  lo que nos da –1,255 kilojoules. Y observa que tenemos un valor  negativo para el cambio en la entalpía,   lo que significa que la combustión  del etanol es una reacción exotérmica,   y que 1,255 kilojoules de energía se desprenden  de la combustión de un mol de etanol. Además, observa que la suma de las entalpías  de enlace para los enlaces que se forman,   que es 5,974, es mayor que la  suma de las entalpías de enlace   para los enlaces que se rompen, que es 4,719. Y como estamos restando un  número mayor a uno menor,   obtenemos como resultado un número  negativo para el cambio en la entalpía. Si la suma de las entalpías de enlace para  los enlaces que se rompen es mayor que la   suma de las entalpías de enlace para los  enlaces que se forman, obtendremos un valor   positivo para el cambio en la entalpía, lo  cuál se cumple en una reacción endotérmica. Nosotros hicimos este problema  suponiendo que todos los enlaces   que dibujamos en nuestras estructuras  de puntos se rompen y que todos los   enlaces que dibujamos en nuestras  estructuras de puntos se forman. Sin embargo, si observamos  de cerca las estructuras de   puntos o simplemente miramos de  cerca lo que escribimos aquí,   puedes ver que tenemos la ruptura de un  enlace simple de oxígeno-hidrógeno por aquí,   y mostramos la formación de seis enlaces  simples de oxígeno-hidrógeno por acá. Así que, simplemente pudimos cancelar uno de  estos enlaces simples oxígeno-hidrógeno. Es decir,   podemos cancelar este de aquí y en lugar  de tener 6 enlaces por acá pudimos escribir   5 veces la entalpía de enlace para  un enlace simple oxígeno-hidrógeno. Y aún así llegaríamos a la misma  respuesta de –1,255 kilojoules. Por lo tanto, si en tu estructura de puntos  observas un enlace que es el mismo en el   lado del producto y del reactante, no es  obligatorio mostrar que ese enlace se rompe   y se forma. Puedes hacer el problema  un poco más corto, si así lo deseas. Por último, pensemos en cómo obtener  nuestras unidades. Para obtener   kilojoules en nuestra respuesta  final, si regresamos por acá,   escribimos 1 vez 348. El 1 representa el mol de  enlaces simples de carbono-carbono que rompemos. Y por supuesto, el 348 representa la entalpía de  enlace para un enlace simple carbono-carbono.   Es decir, son 348 kilojoules por un  mol de enlaces simples carbono carbono. Cuando multiplicamos estas expresiones, los  moles de enlaces simples carbono-carbono se   cancelan y nos quedaremos solo con 348 kilojoules. Es por esta razón que obtenemos kilojoules  como unidades en nuestra respuesta final. También podrías encontrarte kilojoules  por mol de reacción como unidades   finales. Kilojoules por mol de reacción hace  referencia a cómo se escribe la reacción. Entonces para la combustión de un mol de etanol,  1,255 kilojoules de energía son liberados. Y para obtener kilojoules por mol  de reacción en nuestras unidades,   la ecuación balanceada tiene un 1  como coeficiente antes del etanol. Por lo tanto, estás rompiendo un mol de  enlaces simples carbono-carbono por cada   mol de reacción. Entonces podemos  usar este factor de conversión. Y esta vez, cuando multiplicamos, los  moles de enlaces simples carbono-carbono   se cancelan y esto nos da 348  kilojoules por mol de reacción.