CALOR DE REACCIÓN: Cantidad de energía en forma de calor a TEMPERATURA CONSTANTE

[Andress]

Hola buenas tardes

No entiendo por qué, si el CALOR es la: "cantidad de energía transferida como consecuencia de un CAMBIO DE TEMPERATURA"

El CALOR DE REACCIÓN es la cantidad de energía intercambiada en forma de calor entre el sistema y sus alrededores cuando tiene lugar una reacción química en el seno del sistema, a TEMPERATURA CONSTANTE.

Si la temperatura es constante, la transferencia de energía en forma de calor es cero, ¿no?. En consecuencia, el calor de reacción siempre sería cero.

Esta es una duda que siempre he tenido, siempre me he limitado a realizar los ejercicios de termodinámica sin una comprensión total de esto.

Un saludo.

[JCB]

Hola a tod@s.

Andress: ¿ Podrías citar una fuente de confianza, donde se indique tal definición ?.

Saludos cordiales,
JCB.

[Richard R Richard]

el CALOR es la: "cantidad de energía transferida como consecuencia de un CAMBIO DE TEMPERATURA"

Esa es una definición de calor como un flujo de energía de un cuerpo a otro, mediante algún tipo de proceso de transferencia..

El CALOR DE REACCIÓN es la cantidad de energía intercambiada en forma de calor entre el sistema y sus alrededores cuando tiene lugar una reacción química en el seno del sistema, a TEMPERATURA CONSTANTE.

Pero esta es la definición de calor de reacción, que no es la definición propia y mas general del calor. Me explico , una reaccion exotermica, es la que libera energía al medio, si tu aislas del medio al sistema esa energía incrementara la temperatura del sistema, pero si permites el flujo de esa energía a través de una pared , la cantidad de energía que pase es el calor de reacción, pero los científicos han optado por medir es flujo energético de la siguiente manera, rodean el sistema con un medio que pueda absorber el calor(calorimetro), y este ira tomando la energía sobrante de la reacción, transformándose internamente, pero a la vez mantiene su temperatura constante del medio que circunda a la reacción. Luego midiendo algún parámetro de la transformación de ese calorímetro, puedes medir la energía que ha salido de la reacción, y ese valor será tu calor de reacción. pero como vez esa es solo una forma particular de un concepto mas grande, ya que es uno de los varios tipo de forma de medir energía térmica.

Si la temperatura es constante, la transferencia de energía en forma de calor es cero, ¿no?. En consecuencia, el calor de reacción siempre sería cero.

Esa es una afirmación alejada de la realidad, falsa o errónea como quieras decirle.

Te recomiendo La lectura de algunos artículos de blog que hice al respecto

Termodinamica, resumen de conceptos básicos

y en especial

Proceso Isotérmico

que es el proceso termodinámico en el cual tienes tu dudas,

Igualmente aquí en el foro estos temas que planteas , se han aclarado varias veces, utiliza la función de búsqueda del foro, o las etiquetas para encontrar temas muy relacionados.

[JCB]

Hola a tod@s.

Averiguando un poco más sobre el tema, el calor de formación de un compuesto químico, está referido a las condiciones normales (o estándar) de presión y temperatura $(1\ atm$ y $25^{\circ}C)$. Como la reacción es a presión constante (en un recipiente abierto a la atmósfera, por ejemplo) el calor de formación es igual a la entalpía de formación.

Supongamos la formación de hierro, a partir de la reducción del óxido férrico.

$Fe_2O_3+3C\longrightarrow2Fe+3CO$.

Si calculamos la variación de entalpía, a partir de las entalpías de formación en condiciones normales, obtenemos

$\Delta H=2\Delta H(Fe)+3\Delta H(CO)-1\Delta H(Fe_2O_3)-3\Delta H(C)=2\cdot0+3\cdot(-110,42)-1\cdot(-821,37)-3\cdot0=490,12\ kJ$.

La pregunta es: esta reacción no se produce a 298 K, sino a unos 1.800 K. Entonces, ¿ este cálculo anterior de la variación de entalpía es correcto ?, ¿ o bien debería tenerse en cuenta la diferencia (notable) de temperatura ?.

Por otra parte, la entalpía es una función de estado, que solo depende del estado inicial y del final, que bien pudieran ser ambos con la misma temperatura (298 K), una vez hecho el calentamiento de los reactivos (desde 298 K hasta 1.800 K), producirse la reacción, y dejando enfriar a los productos (hasta 298 K).

Espero no haber cometido demasiadas imprecisiones / inexactitudes a los ojos de algún miembro que sea químico, y que no me lo tenga en cuenta. Todas las correcciones, serán bienvenidas.

Salud a tod@s,
JCB.

[Andress]

Hola buenas!!

Richard R Richard Digamos que el calorímetro provoca que la temperatura del medio de reacción (o sistema termodinámico) se mantenga constante no? Y esto es debido a que se va transfiriendo al calorímetro la energía (en forma de calor). De no transferirse esta energía, el medio de reacción aumentaría de temperatura. Entonces, con temperatura constante se refiere básicamente a que el medio de reacción no varía su temperatura.

Y cuando mides la variación de temperatura, no mides la variación de temperatura de la reacción, sino la variación de temperatura provocada en otro medio adyacente al medio de reacción.

¿Estoy en lo cierto?

[JCB]

Hola a tod@s.

Andress: en su mensaje # 3, creo que Richard se refería a una bomba calorimétrica, que es algo diferente a los calorímetros empleados para determinar el calor específico de una substancia.

En algún libro de Química General encontrarás la descripción de la bomba calorimétrica, que se usa, por ejemplo, para hallar el calor de combustión. Consta de un recipiente (bomba con paredes diatérmicas) con entrada de oxígeno y una resistencia eléctrica (para provocar la ignición del combustible). A su vez, la bomba se introduce en un líquido que es contenido por las paredes adiabáticas (para que no se escape el calor) del calorímetro. A partir de la diferencia de temperatura del líquido y del trabajo eléctrico suministrado a la resistencia, se calcula el calor de reacción de la combustión.

Saludos cordiales,
JCB.

[Richard R Richard]

Richard R Richard Digamos que el calorímetro provoca que la temperatura del medio de reacción (o sistema termodinámico) se mantenga constante no? Y esto es debido a que se va transfiriendo al calorímetro la energía (en forma de calor). De no transferirse esta energía, el medio de reacción aumentaría de temperatura. Entonces, con temperatura constante se refiere básicamente a que el medio de reacción no varía su temperatura.

Y cuando mides la variación de temperatura, no mides la variación de temperatura de la reacción, sino la variación de temperatura provocada en otro medio adyacente al medio de reacción.

¿Estoy en lo cierto?

Allí te mezclas los temas, una cosa es que un cuerpo le ceda a otro calor , por alguna de las tres formas de transmisión, (conducción,convección y radiación), donde la causa del flujo de energía es debido al gradiente de temperatura entre ambos(diferencia de temperatura).y La otra cosa es que una determinada reacción, produzca o necesite energía, y el sistema la ceda o la absorbe del medio. Segun las condiciones ambientales a que sometas el sistema(reaccion), la reacción provoca distintos flujos de energía o calor.

Ejemplo cuando la temperatura es constante, el calor medido te lo definen como calor de reacción, puedes mantener la temperatura constante como ya te hemos explicado.

si lo que mantienes a Presión constante, puedes hallar una relación entre el salto de temperatura, la masa y una constante de proporcionalidad llamada calor especifico a presión constante o $C_p=\dfrac{Q}{m\Delta T}$

si lo que mantienes a Volumen constante, puedes hallar una relación entre el salto de temperatura, la masa y otra constante de proporcionalidad llamada calor especifico a volumen constante o $C_v=\dfrac{Q}{m\Delta T}$

También puede hacer que el sistema no ceda calor al medio, aislando térmicamente , luego el sistema evoluciona o bien aumentando o bajando su temperatura.

Si de estas o cualquier otra formas de hacer un proceso termodinámico haces mediciones precisas , puedes determinar que contenido energético necesita o libera la reacción en cada proceso.
De hecho muchas tablas y gráficos te proporcionan datos precisos de experimentos previos,que te permiten conocer el resultado teórico antes de hacer un nuevo experimento para corroborarlo.

Ahora si respondiendo a la pregunta , siempre mides una variación de cualquier parámetro en el ambiente, ejemplo un termómetro alcanza la misma temperatura que el sistema para estar en equilibrio con el sistema, (esto introduce un error sistemático, que depende del tipo de termómetro y su masa)

Pero entendiendo la teoría se puede calcular cual es la energía que absolvió o libero el sistema cuando se produjo la reacción.Pues los calorímetros, los termómetros tienen especificaciones de fabricación(masa, calor especifico,etc) que te permiten, eliminar errores sistemáticos de medición fácilmente, pudiendo calcular muy precisamente el calor debido únicamente a la reacción.

[Andress]

Mmmm pero el calor a presión constante Cp y el calor a presión constante Cv, ambos, son calores de reacción.

Quiero decir que, en ambos se mantiene constante la temperatura.

Entonces, la variación de temperatura de la fórmula de Cp y Cv, a¿qué se refiere?
¿No sería la variación de temperatura en un medio adyacente al medio de reacción, el cual puede intercambiar energía con el medio?

Un saludo.

[JCB]

Quizás si propones un ejemplo concreto sea más fácil responderte.

[Richard R Richard]

Hola , se entiende que "calor de reacción" es solo una de las formas de producir "calor"

la definición real de calor de reacción de los libros y la que hallaras tabulada es:

"El calor de reacción o entalpía de reacción (ΔH) es el cambio en la entalpía de una reacción química que se produce a una presión constante. Es una unidad termodinámica de medida útil para calcular la cantidad de energía por mol que se libera o se produce en una reacción."


Pero tu me preguntas que es

El CALOR DE REACCIÓN es la cantidad de energía intercambiada en forma de calor entre el sistema y sus alrededores cuando tiene lugar una reacción química en el seno del sistema, a TEMPERATURA CONSTANTE.

Que te dice esto ...que para medir el calor que produce esa reacción química, la evolución termodinámica que le permites realizar al sistema es mantener su temperatura constante, no te importa con que se la mantienes constante, de ese modo tu tienes unade las formas de medir el flujo de energía entre sistema y medio. Si contabilizas el flujo de energía ese será tu calor de reacción a temperatura constante.

Lo que he intentado explicarte antes es que también se puede hacer la misma reacción química pero manteniendo, la presión constante, el volumen constante, etc, y con cada tipo de evolución calculas un calor de reacción diferente, pues lo has medido de modo diferente. Luego hay formas de relacionar una medida con otra pero ese es otro tema.
La lógica de para escoger medir el calor de reacción a presión constante , es que todas las reacciones son particularmente fáciles de producir a presión atmosférica, porque esta es mas o menos la misma sobre la superficie de la tierra.

Pero la definición de "calor" a secas no queda allí solamente, esta es mucho mas abarcativa que un simple "calor de reacción química" pues el calor no solamente se consigue por medio de reacciones químicas.

Puedes producir calor mediante

Fricción mecánica
resistencia electricas
induccion electrica
Fusion
Fisión
etc
y transmitir ese calor entre dos cuerpos mediante conducción, convección y radiación.

Mmmm pero el calor a presión constante Cp y el calor a presión constante Cv, ambos, son calores de reacción.

No , vuelves a confundir , Q es la forma de ponerle un simbolo al calor cualquiera fuere , Cp es la cantidad de calor que puede ceder o recibir un cuerpo por unidad de masa, por cada grado centígrado que varia su temperatura cuando mantengo la Presión constante , NO la temperatura . Esto lo introduje para explicarte que no hay un solo tipo de calor de reacción.


Lo mismo con Cv es la cantidad de calor que puede ceder o recibir un cuerpo por unidad de masa, por cada grado centígrado que varia su temperatura cuando mantengo la volumen constante , NO la temperatura.

Obviamente un cuerpo cualquiera (sin que medie reacción química) mantiene su temperatura constante mantiene un flujo transmitido es 0 por cualquiera , pero no sucede lo mismo con las reacciones químicas, que por motus propio pueden aportar o quitar calor del medio, y lo pueden hacer tanto a Presión, Volumen o Temperatura constantes., y según le permitas uno u otro modo, mediras un calor de reacción diferente.

[Andress]

Entonces Richard R Richard, si dices que el calor de reacción es la entalpía, la entalpía es un calor que se produce a presión constante y a temperatura constante (por ser un calor de reacción), ¿No?

¿y la energía interna no es otro calor de reacción pero a temperatura y volumen constante?

[Richard R Richard]

No precisamente, la energía interna de un gas ideal es nRT , y allí no hay ninguna reacción química, lo que te trato de explicar es la existencia del calor como energía en movimiento , con independencia de si este calor proviene o no de una reacción química,

Ahora si en un determinado recinto que esta a una temperatura T , una presión P y ocupa un volumen V ,y si el número de moles se conserva en la reacción

Si dentro del recinto mezclas los reactivo, y se obtienen los productos mas la liberación o absorción de energía, entonces

Si mides ese calor a Presión constante, sea como se que lo consigas medir, ese calor será el calor de reacción a presión constante, o entalpía, y no necesariamente se conserva la temperatura ni el volumen.

Pero puedes medir lo mismo manteniendo el volumen constante, para lo cual la presión y la temperatura varían, ese calor sera el calor de la reacción a volumen constante,por lo general este calo no esta tabulado y la entalpía si.

Y también puedes hacer lo mismo medir el calor a temperatura constante, para lo cual ni el volumen ni la presión tienen porque permanecer constantes , y te dará un valor que llamaras calor de reacción a temperatura constante, que tampoco esta tabulado, y por ello , existen formas de convertir la entalpía para calcular el calor producido por la reacción en cualquiera de las condiciones de P,T o V constantes, ya que muchos de los parámetros son funciones de estado, es decir dependen del estado final del sistema y no del camino recorrido para llegar a ese estado.

cuando estudies a fondo el primer principio de la termodinámica verás que todo cuadra.

calor por contacto u otro medio de transmisión $\neq$ calor de reacción eso es lo que preguntabas al principio del hilo