Efecto del calor

Presentación

Los alumnos del IV ciclo de Ingeniería Ambiental de la Universidad Alas Peruanas (filial-Pucallpa), presentan el siguiente trabajo con el fin de dar a conocer sobre un tema de suma relevancia para la Fisico-Quimica de Procesos Ambientales, donde podemos conocer un poco más sobre estos temas de suma importancia.

Esperamos que su contenido sea útil al fin propuesto. Es bueno recordar aquí que la eficiencia y la calidad es un estado ideal al que siempre se aspira, que nunca se alcanza y que se venera sin cesar.

EFECTO DEL CALOR

El calor que se comunica a un cuerpo además de aumentar su energía interna produce tres tipos de efectos físicos: variación de la temperatura, dilatación o contracción y cambio de estado.

 VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA

El efecto más inmediato del intercambio de calor entre dos cuerpos es la variación de la temperatura.

• Si un cuerpo recibe energía en forma de calor aumenta su temperatura. El aporte de calor se considera positivo.

• Si un cuerpo pierde energía en forma de calor, disminuye su temperatura. La pérdida de calor se considera negativa.

Si calentamos de igual forma dos sustancias diferentes (la misma cantidad de agua y aceite por ejemplo), comprobamos que el aceite alcanza primero mayores temperaturas. Esta propiedad es la capacidad calorífica o calor específico de un cuerpo y mide su facilidad para enfriarse o calentarse.

La cantidad de energía transferida en forma de calor (Q) por un cuerpo es directamente proporcional a la masa (m), a su calor específico (Ce) y a la variación de temperatura (Tf - Ti) que experimenta:

La Ce es constante para cada sustancia y se expresa en el SI en Julio /kg. K; la masa se expresa en kg; la temperatura en grados Kelvin (K).

 DILATACIÓN Y CONTRACCIÓN

Tanto los sólidos como los líquidos y los gases se dilatan y se contraen.

• La dilatación es el aumento de volumen que experimentan los cuerpos al aumentar su temperatura.

• La contracción es la disminución de volumen que experimentan los cuerpos al disminuir su temperatura.

El agua es una sustancia especial, pues al contario que la mayoría de las sustancias aumenta su volumen (se dilata) cuando se enfría por debajo de los 4ºC.

 CAMBIOS DE ESTADO

La energía en forma de calor necesaria para el cambio de estado recibe el nombre de calor latente. Así se habla de calor latente de fusión (qf) o calor latente de vaporización (qv). El valor de estos calores latentes es propio y característico de cada sustancia y viene expresado en el SI en Julios/kilogramo (J/kg).

Se denomina calor latente (L) a la energía intercambiada para producir el cambio de estado de un kilogramo de materia. A temperatura constante (temperatura de cambio de estado):

El calor latente se mide en J/kg.

La Entalpía

La entalpía es la cantidad de energía calorífica de una sustancia.

En una reacción química, si la entalpía de los productos es menor que la de los reactantes se libera calor y decimos que es una reacción exotérmica. Si la entalpía de los productos es mayor que la de los reactantes se toma calor del medio y decimos que es una reacción endotérmica.

El cambio de entalpía se denomina ΔH y se define como:

ΔH = ΔHproductos - ΔHreactantes

La entalpía de formación (ΔHf0) es la variación de energía calorífica en la reacción de formación de un mol de un compuesto a partir de sus elementos en sus fases estándar en condiciones de presión y temperatura estándar ambientales (TPEA), que son temperatura de 298 K (25 ºC) y presión de 100 kPa (∼ 1 atm.).

La entalpía de formación de un elemento es cero por definición.

Ejemplo 1: En las tablas encontramos que ΔHf0 (CO2) = -394 kJ/mol, esto indica que ΔH para la reacción:

C(s) + O2 (g) → CO2 (g) en condiciones TPEA es -394 kJ/mol

Ejemplo 2: En las tablas encontramos que ΔHf0 (CO) = -111 kJ/mol, esto indica que ΔH para la reacción:

C(s) + 1/2 O2 (g) → CO (g) en condiciones TPEA es -111 kJ/mol

Por combinación de las ΔHf0 podemos determinar entalpías de reacción de otras reacciones distintas, puesto que la entalpía es una función de estado (sólo depende de los estados inicial y final, no del camino recorrido)

La ΔH de la reacción CO (g) + 1/2 O2 (g) → CO2 (g) será:

ΔH0 = ΔHproductos - ΔHreactantes = ΔHf0 (CO2) - ΔHf0 (CO) = -283 kJ/mol

 Entalpía de enlace

Cuando se forma un enlace químico estable se desprende una cierta cantidad de energía, que será la misma cantidad de energía que se debe aportar posteriormente para romper el enlace formado. A esta energía se la denomina entalpía de enlace (si tiene lugar a presión constante) o, más coloquialmente, energía de enlace. Así, podemos definir la entalpía de enlace normal o estándar como la variación de entalpía o calor liberado, en condiciones estándar de 1 atmósfera y 25ºC, que acompaña a la reacción de formación de un mol de enlaces a partir de los átomos aislados en estado gaseoso. Como cuando se forma un mol de enlaces se desprende energía, la entalpía de enlace de este proceso será negativa:

Si en lugar de considerar

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