La termoquímica es el estudio de la energía térmica asociada con reacciones químicas y/o cambios de fase como la fusión y la ebullición . Una reacción puede liberar o absorber energía y un cambio de fase puede hacer lo mismo. La termoquímica se centra en el intercambio de energía entre un sistema y su entorno en forma de calor. La termoquímica es útil para predecir las cantidades de reactivos y productos a lo largo del curso de una reacción determinada. En combinación con determinaciones de entropía , también se utiliza para predecir si una reacción es espontánea o no espontánea, favorable o desfavorable.
Las reacciones endotérmicas absorben calor, mientras que las reacciones exotérmicas liberan calor. La termoquímica fusiona los conceptos de termodinámica con el concepto de energía en forma de enlaces químicos. El tema comúnmente incluye cálculos de cantidades tales como capacidad calorífica , calor de combustión , calor de formación , entalpía , entropía y energía libre .
La termoquímica es una parte del campo más amplio de la termodinámica química , que se ocupa del intercambio de todas las formas de energía entre el sistema y el entorno, incluido no solo el calor sino también diversas formas de trabajo , así como el intercambio de materia. Cuando se consideran todas las formas de energía, los conceptos de reacciones exotérmicas y endotérmicas se generalizan a reacciones exergónicas y reacciones endergónicas .
La termoquímica se basa en dos generalizaciones. Expresados en términos modernos, son los siguientes: [1]
Estas declaraciones precedieron a la primera ley de la termodinámica (1845) y ayudaron en su formulación.
La termoquímica también implica la medición del calor latente de las transiciones de fase . Joseph Black ya había introducido el concepto de calor latente en 1761, basándose en la observación de que calentar el hielo en su punto de fusión no elevaba la temperatura, sino que provocaba que parte del hielo se derritiera. [4]
Gustav Kirchhoff demostró en 1858 que la variación del calor de reacción viene dada por la diferencia de capacidad calorífica entre productos y reactivos: dΔH/dT = ΔC p . La integración de esta ecuación permite la evaluación del calor de reacción a una temperatura a partir de mediciones a otra temperatura. [5] [6]
La medición de los cambios de calor se realiza mediante calorimetría , generalmente una cámara cerrada dentro de la cual se produce el cambio a examinar. La temperatura de la cámara se controla mediante un termómetro o un termopar , y la temperatura se representa en función del tiempo para obtener un gráfico a partir del cual se pueden calcular cantidades fundamentales. Los calorímetros modernos suelen estar equipados con dispositivos automáticos para proporcionar una lectura rápida de la información, un ejemplo de ello es el calorímetro diferencial de barrido .
Varias definiciones termodinámicas son muy útiles en termoquímica. Un sistema es la porción específica del universo que se está estudiando. Todo lo que está fuera del sistema se considera entorno o entorno. Un sistema puede ser:
Un sistema sufre un proceso cuando una o más de sus propiedades cambian. Un proceso se relaciona con el cambio de estado. Un proceso isotérmico (misma temperatura) ocurre cuando la temperatura del sistema permanece constante. Un proceso isobárico (misma presión) ocurre cuando la presión del sistema permanece constante. Un proceso es adiabático cuando no se produce intercambio de calor.
