Ejercicios de química resueltos. Termoquímica. Entalpía de la reacción. Brown 15ed. Ejemplo 5.17

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El hidrógeno atómico (H) se usa en soldadura (soldadura AHW). Los átomos se recombinan formando moléculas de hidrógeno con una gran liberación de calor, según la siguiente reacción: 2 H(g) → H₂(g) (a) Usando los datos termodinámicos del Apéndice C, calcula el cambio de entalpía para esta reacción por mol de H₂. (b) ¿Cuál tiene mayor entalpía bajo estas condiciones: 2 H(g) o H₂(g)?

Etapa analítica

Este es un ejercicio semicuantitativo donde los cálculos son sencillos, pero es crucial tener los conceptos muy claros y dominar ciertos atajos. El más importante es comprender que, en una ecuación química estándar, el número estequiométrico de una sustancia puede igualarse directamente con los moles estándar de dicha sustancia.

El Apéndice C contiene las entalpías de formación, un tema que aún no hemos cubierto en detalle. No obstante, podemos utilizarlas con la fórmula que ya conocemos. Es fundamental recordar que la entalpía de formación del hidrógeno molecular (H₂(g)) es cero, ya que es su estado elemental más estable. Sin embargo, para formar hidrógeno monoatómico (H (g)), se requieren +217.94 kJ por cada mol.

(a) Dado que en nuestra ecuación estándar se involucrarían dos moles de hidrógeno monoatómico, el valor de entalpía sería el doble. Además, si la reacción se presenta en sentido opuesto (es decir, la descomposición en lugar de la formación), el signo de la entalpía se invierte a negativo $\Delta H({\color{steelblue}\ce{H2}_g}) = -435.88 \, {\color{purple} \textbf{kJ}}$.

(b) 2 moles de hidrógeno monoatómico (2 H(g)) tienen mayor entalpía que 1 mol de hidrógeno molecular (H₂(g)). Aunque la magnitud del valor numérico de la entalpía de formación o disociación sea la misma (por ejemplo, ~217.94 kJ por mol de H), el signo es crucial. Un signo positivo para la formación de H(g) a partir de H₂(g) indica que para crear hidrógeno monoatómico, se absorbe energía. Esto significa que 2 H(g) posee una mayor energía química potencial que H₂(g). Para pasar de 2 H(g) a H₂(g), esta energía potencial se libera, resultando en un proceso exotérmico (con un signo negativo de entalpía) y formando una molécula más estable y de menor energía.

Referencias

Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C., Woodward, P., Stoltzfus, M., & Lufaso, M. (2022). Chemistry: The central science (15th ed.). Pearson Education.