Entalpía de formación

Entalpía de formación se refiere al cambio  de entalpía para la formación de un mol de   una sustancia a partir de la forma más  estable de sus elementos constitutivos. El cambio de entalpía está simbolizado por delta Hf, la f significa formación y   el superíndice cero se refiere al hecho de que  todo está en condiciones de estado estándar,   lo cual significa una presión  atmosférica de una atmósfera y   una temperatura predeterminada que  suele ser de 25 grados Celsius. De modo que cuando pensamos en la  entalpía estándar de formación,   estamos pensando en los elementos y en el  estado en que existen bajo condiciones estándar. Así que los elementos tienen que  estar en sus estados estándar. Pensemos en formar un mol de dióxido  de carbono. El dióxido de carbono está   compuesto por los elementos carbono  y oxígeno. Y en condiciones estándar,   la forma más estable del carbono es el grafito. Así que escribiré carbono en estado  sólido y aquí escribiré grafito. Y luego,   pensemos en la forma más estable  del oxígeno en condiciones estándar,   es decir, presión atmosférica de una atmósfera  y temperatura ambiente de 25 grados Celsius,   la forma más estable del oxígeno es el oxígeno  gaseoso. Así que para continuar escribiré O2. Y como estamos formando un mol de dióxido  de carbono a partir de los elementos   que componen el dióxido de carbono en su  forma más estable en condiciones estándar,   el cambio de entalpía sería la entalpía  estándar de formación, así que tenemos   el subíndice f y el superíndice 0  que indica condiciones estándar. El cambio de entalpía para la formación.  de un mol de CO2 es igual a menos 393.5  kilojoules por un mol de dióxido de carbono. Revisemos algunas ecuaciones más que muestran  la formación de un mol de alguna sustancia. Por ejemplo, veamos la ecuación que  muestra la formación de un mol de agua.  El agua está compuesta de hidrógeno  y oxígeno y las formas más estables   de esos dos elementos en condiciones  estándar son gas hidrógeno y gas oxígeno. Y para que los coeficientes formen un mol de agua,  necesitamos 1/2 como coeficiente antes del O2. El cambio estándar de entalpía  de formación para la formación   de un mol de agua es igual a  menos 285.8 kilojoules por mol. Podemos hacer lo mismo para la  formación de un mol de metano CH4. Ya sabemos que la forma más estable  del carbono es el grafito y la forma   más estable del hidrógeno es el gas hidrógeno. Y el cambio estándar de la entalpía de formación   para la formación de un mol de metano es  igual a menos 74.8 kilojoules por mol. A continuación, pensemos en la formación  de un mol de gas oxígeno. Bueno,   estamos formando el gas oxígeno de la forma más  estable del oxígeno en condiciones estándar,   lo cual también es gas oxígeno diatómico,  O2. Así que no vamos a cambiar nada,   vamos de O2 a O2 y como no hay  cambios, no hay cambios en la entalpía. Por lo tanto, la entalpía estándar de formación es   igual a cero. Y esto es cierto para la  forma más estable de cualquier elemento. La entalpía estándar de formación de la  forma más estable de cualquier elemento   es cero ya que se calcula a  partir del elemento en sí. A menudo encontramos entalpías estándar de   formación y kilojoules por mol en los  apéndices de muchos libros de texto. Y si revisamos el apéndice de un libro de  texto, veremos que la entalpía estándar   de formación para el gas oxígeno  diatómico, O2, es igual a cero. El ozono, que es O3, también existe  en condiciones estándar, sin embargo,   no es la forma más estable del oxígeno  en condiciones estándar y por lo tanto,   su formación de entalpía estándar  no es cero, es igual a 142.3. El grafito es la forma más estable  de carbono en condiciones estándar.  Por tanto, tiene una entalpía estándar  de formación igual a cero, pero claro,   el diamante también existe en condiciones  estándar pero no es la forma más estable.  Así que su formación de entalpía estándar no es  igual a cero, es igual a 1.88 kilojoules por mol. Las entalpías de formación se pueden  utilizar para calcular el cambio de   entalpía para una reacción química. Podemos  hacerlo usando la siguiente ecuación.  El cambio estándar de entalpía para  una reacción química es igual a la   suma de las entalpías estándar de  formación de los productos menos   la suma de las entalpías estándar  de formación de los reactantes. Digamos que nuestro objetivo es  encontrar el cambio estándar de   entalpía para la siguiente reacción química. Así que tenemos un mol de metano reaccionando con dos moles de oxígeno  para formar un mol de dióxido  de carbono y dos moles de agua. Lo primero que debemos hacer es sumar  todas las entalpías estándar  de formación de los productos. Así que si miramos nuestros dos productos,   comenzamos con un mol de dióxido de  carbono, continuamos escribiendo... Tenemos un mol de dióxido de carbono y  la entalpía molar estándar del dióxido de   carbono, ya hemos visto que es menos 393.5  kilojoules por mol de dióxido de carbono. Entonces vamos a multiplicar un mol  de dióxido de carbono por menos 393.5   kilojoules por mol de dióxido de carbono. Del otro producto tenemos dos moles de agua,   así que vamos a sumarlo a lo  anterior. Tenemos dos moles de H2O.  Y la entalpía estándar de  formación de H2O es menos 285.8. Así que vamos a multiplicar por menos  285.8 kilojoules por mol. Los moles se   cancelan y obtenemos menos 393.5 kilojoules.  Y luego, para el otro, los moles se cancelan   nuevamente y sumamos menos 571.6 kilojoules,  y esto es igual a menos 965.1 kilojoules. Entonces esa es la suma de todas las entalpías  estándar de formación de nuestros productos. A continuación, tenemos que sumar las entalpías  estándar de formación de nuestros reactantes.   Así que los dos reactantes que tenemos son  metano y oxígeno y tenemos un mol de metano. Escribimos eso aquí… Tenemos un mol  de metano. La entalpía molar estándar   de formación del metano es igual  a menos 74.8 kilojoules por mol.   De modo que estamos multiplicando un  mol por menos 74.8 kilojoules por mol. El otro reactante es el oxígeno. Y sabemos que el gas oxígeno diatómico  tiene una entalpía estándar de formación de cero. Así que podríamos escribir  eso solo para mostrarlo.  Entonces tenemos dos moles de oxígeno pero lo multiplicamos por cero.  Los moles se cancelan y nos quedan menos  74.8 kilojoules, a eso le sumamos cero. La suma de todas las entalpías estándar de   formación de nuestros reactantes  es igual a menos 74.8 kilojoules. Entonces, para calcular el cambio estándar  de entalpía para nuestra reacción,   tomamos la suma de las entalpías  de formación de nuestros productos,   que es igual a menos 965.1 kilojoules y a eso  le restamos la suma de las entalpías estándar   de formación de los reactantes que calculamos  y que es igual a menos 74.8 kilojoules. Así que menos 965.1 menos 74.8 negativo es igual a menos 890.3 kilojoules. Para las unidades, a veces vemos kilojoules,   a veces vemos kilojoules por mol, y a  veces kilojoules por mol de reacción. ¿Y qué significa kilojoules  por mol de una reacción? Así   es como se escribe la ecuación balanceada. Para esta ecuación balanceada, estamos  mostrando la combustión de un mol de metano. Al combustionar un mol de metano se  liberan 890.3 kilojoules de energía.  Esos son los kilojoules por mol de reacción. Volvamos al paso donde sumamos las entalpías  estándar de formación de los productos para ver   cómo podríamos obtener realmente kilojoules  por mol de reacción como nuestras unidades. Para hacerlo necesitamos usar un  factor de conversión. Por la forma   en la que está escrita la ecuación, estamos  produciendo un mol de dióxido de carbono,   así que podemos usar como factor de conversión,  un mol de dióxido de carbono por mol de reacción. Podemos hacer lo mismo con nuestro otro producto,  que es agua. Por la forma en la que está escrita   la ecuación, estamos formando dos moles  de agua, por lo que para nuestro factor   de conversión puede ser que haya dos  moles de agua por cada mol de reacción. A continuación, los moles de dióxido de  carbono se cancelan y los moles de agua   se cancelan y el resultado es kilojoules  por mol de reacción como nuestras unidades. Toma un poco más de tiempo escribir todas  las unidades de esta manera así que a menudo,   es más rápido hacerlo de la primera  forma y agregar estas unidades al final.