Termodinámica química: entalpía, Hess, entropía y energía de Gibbs
La PAU de Castilla y León evalúa aquí el cálculo de entalpías de reacción mediante la ley de Hess y las entalpías de formación, el uso de energías de enlace, la interpretación del cambio de entropía y la predicción de espontaneidad con ΔG = ΔH − TΔS.
Entalpía y ley de Hess
- ΔH < 0 indica proceso exotérmico; ΔH > 0, endotérmico.
- La ley de Hess establece que ΔH depende solo de los estados inicial y final: las reacciones se pueden sumar, invertir (cambiando el signo) y multiplicar (multiplicando ΔH).
- ΔH°reacción = Σ ΔHf°(productos) − Σ ΔHf°(reactivos). La entalpía de formación de un elemento en su estado estándar es cero.
Energías de enlace
ΔH = Σ E(enlaces rotos) − Σ E(enlaces formados). Romper enlaces siempre consume energía (endotérmico); formar enlaces la libera. Un balance negativo indica que la molécula es más estable que sus fragmentos.
Entropía
ΔS > 0 cuando aumenta el desorden: paso de sólido a líquido o gas, aumento del número de moles gaseosos o disolución de un gas. La entropía es una función de estado y se mide en J·K⁻¹·mol⁻¹.
Energía de Gibbs
ΔG = ΔH − TΔS, con T en kelvin. Si ΔG < 0 el proceso es espontáneo. Signos: ΔH < 0 y ΔS > 0 siempre espontáneo; ΔH > 0 y ΔS < 0 nunca; en los casos mixtos la temperatura decide, y el umbral es T = ΔH/ΔS. La espontaneidad no informa de la velocidad de reacción.
Ejemplo resuelto
Para una reacción con ΔH° = −92 kJ y ΔS° = −198 J/K a 298 K: primero se homogeneízan unidades, ΔS° = −0,198 kJ/K. ΔG = −92 − 298·(−0,198) = −92 + 59 = −33 kJ, luego es espontánea a 298 K. El cambio de signo se produce en T = ΔH/ΔS = (−92)/(−0,198) ≈ 465 K; por encima de esa temperatura deja de ser espontánea.
Errores que cuestan puntos
- Mezclar kJ y J en la ecuación de Gibbs.
- Asignar entalpía de formación distinta de cero a un elemento en estado estándar.
- Invertir los términos de la fórmula de energías de enlace.
- Usar la temperatura en grados Celsius.
- Confundir espontaneidad termodinámica con rapidez de reacción.