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Termodinámica de las reacciones químicas

Calor de reacción. El calor de reacción se define como la energía absorbida por un sistema cuando los productos de una reacción se llevan a la misma temperatura que los reactantes. Para una definición completa de los estados termodinámicos de los productos y los reactantes, también es necesario especificar la presión. Si se toma la misma presión para ambos, el calor de reacción es igual al cambio de entalpía; ésta es la definición más común del calor de reacción. Se puede calcular el calor de cualquier reacción combinando los calores de formación o los calores de combustión de los productos y los reactantes. Por tanto, la información básica necesaria para calcular los calores de reacción son los calores de formación y de combustión. Existen tablas muy detalladas de este tipo de datos, y en la Tabla l-l se muestran algunos valores para una temperatura de 298 K (25 “C). Cuando no se cuenta con datos experimentales, existen algunos procedimientos para predecir los calores de reacción. Todos ellos están basados en predicciones de los efectos de las diferencias de estructura química entre los reactantes y los productos. Reid, Prausnitz y Sherwood” han descrito y evaluado los métodos más con fiables. Este procedimiento es aplicable a compuestos de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y los halógenos.

La variación del calor de reacción con la temperatura depende de la diferencia de capacidades caloríficas molares de los productos y los reactantes. La siguiente ecuación relaciona AH a cualquier temperatura T con el valor conocido a la temperatura T,:

En este caso, AC, es la diferencia de capacidades caloríficas molares,

Si se conocen las capacidades caloríficas medias, c, , para los reactantes y productos en un intervalo de temperatura T, a T, no es necesario integrar la Ec. (l-l). Bajo estas condiciones, fa relación entre MT y AH, es

Cuando los reactantes y los productos entran y salen de un reactor a temperaturas diferentes, generalmente es más simple no calcular AH= y evaluar directamente la cantidad de energía que se quiere determinar. En el Ej. l-l se ilustra este procedimiento.

El efecto de la presión sobre el calor de reacción para sistemas gaseosos depende de la desviación del comportamiento de los componentes con respecto a los gases ideales. Si los reactantes y los productos se comportan como gases ideales, el efecto es nulo. Aun para los sistemas poco ideales, el efecto de la presión suele ser pequeho.

Los detalles de los métodos para el cálculo de los efectos de la temperatura y la presión pueden encontrarse en los textos de termodinamica.

En el siguiente ejemplo se ilustra la aplicación de la información de calores de reacción para el cálculo de las velocidades de transferencia de energía en reactores.

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