Cuestionario Potenciales Termidinámicos

Práctica 1. Potenciales termodinámicos.

Objetivo general.         

• Identificar la importancia y sentido físico de los potenciales termodinámicos.

Objetivos particulares.

• Determinar experimentalmente los potenciales termodinámicos para una reacción de óxido-reducción en una pila de botón (Ag2O-Zn).
• Registrar distintas mediciones de potencial eléctrico de una pila de botón de 1.5 V en función de la temperatura.
• Relacionar el potencial eléctrico con el trabajo eléctrico, y a su vez este con la energía de Gibbs.

Mapa mental.

1. Reacciones de óxido-reducción. Involucran transferencia de electrones, o cambios en los números de oxidación y se clasifican en reacciones de: combinación, descomposición, desplazamiento, combustión y dismutación. En la de desplazamiento un ion o átomo de un compuesto se reemplaza por un ion o átomo de otro elemento. Se puede desplazar: hidrógeno, halógeno y un metal.
2. Pila de óxido de plata-zinc. Pila primaria (desechables) y seca (por su electrolito). Es un cilindro en forma de botón en cuyo interior se encuentran el ánodo (Zn) y el cátodo (Ag2O), puestos en contacto con un electrolito alcalino y seco (hidróxido de sodio o potasio) saturado en Zn(OH)2, pero separados por una membrana que prolonga su vida útil. Reacción en medio básico con intercambio de 2 electrones:

[pic 1]

1. Trabajo. Función de trayectoria (independiente de los estados inicial y final), cuya expresión general es: , siendo F y dr, fuerza y desplazamiento generales.[pic 2]
2. Diferencia de potencial () /Potencial eléctrico (). Cociente entre el cambio en la energía potencial eléctrica () que experimenta una carga ‘q’ al moverse entre dos puntos y la magnitud de esa carga: [pic 3][pic 4][pic 5]

[pic 6]

1. Trabajo eléctrico: La energía que desarrolla una carga eléctrica sometida a un campo eléctrico al moverse de un punto ‘A’ a otro ‘B’ (intercambio de electrones entre especies químicas), provocando la disminución de su energía potencial, tal que:  o bien, en términos de la carga y el potencial eléctrico , donde F es la constante de Faraday (), n es el número de moles de electrones intercambiados y E es el potencial eléctrico [V=1/J]. Por convención el signo indica que el trabajo se realiza en los alrededores. [pic 7][pic 8][pic 9]
2. Energía de Gibbs. Se define como: , una función de estado que involucra a la entalpía, temperatura y entropía. De tal forma que:  [pic 10][pic 11]
3. Criterio de espontaneidad.

1. Energía de Gibbs: Se deduce partir de la Segunda Ley de la Termodinámica para procesos irreversibles (espontáneos), expresada en términos del sistema estudiado y a presión y temperatura constantes: , por lo tanto:  /. Si  es igual a cero el sistema está en equilibrio, si es negativo es un proceso espontáneo y si es positivo, no espontáneo.[pic 12][pic 13][pic 14][pic 15]
2. Entalpía. Es el calor transferido a presión constante: Si , proceso exotérmico, si , el proceso es endotérmico.[pic 16][pic 17]
3. Entropía. El cambio en el número de microestados. , disminución del número de microestados y si , incremento en el número de microestados.[pic 18][pic 19]

1. Energía de Gibbs y trabajo eléctrico. La primera ley de la termodinámica permite relacionar  y ,, o bien de la tercera ecuación fundamental de la termodinámica para procesos finitos () al considerar presión y temperatura constantes. A condiciones estándar (298.15 K y 1 bar), la expresión es: .[pic 20][pic 21][pic 22][pic 23]
2. Potenciales termodinámicos. Son funciones de estado con carácter extensivo, y se definen dependiendo de las variables en un proceso particular (T, P, n). Dimensionalmente tienen unidades de energía. Pueden usarse para predecir el comportamiento de una reacción y predecir los cambios termodinámicos que serán espontáneos, así como las condiciones en las que los cambios son favorables. Algunos ejemplos son la energía interna, la entalpía y la energía de Gibbs. A condiciones estándar: . Si se conoce  es posible ajustarlo linealmente como función de la temperatura y obtener  y  experimentalmente.[pic 24][pic 25][pic 26][pic 27]

Potenciales termodinámicos para reacciones químicas:

[pic 28]

[pic 29]

[pic 30]

Referencias.

Hernández, O. (s.f). Potenciales Termodinámicos. Consultado el 29 de septiembre de 2020 desde: Facultad de Química. UNAM. (s.f) Potenciales Termodinámicos. Consultado el 29 de septiembre de 2020 desde: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/ppt-POTENCIALES_28323.pdf 

...