Entalpía y Energía: Cómo Calcular el Cambio de Entalpía

En la química, las reacciones químicas pueden liberar o absorber energía en forma de calor. Este fenómeno se estudia a través de la entalpía ($H$), una magnitud termodinámica que mide la cantidad total de energía de un sistema. En este post, exploraremos qué es la entalpía, cómo se calcula el cambio de entalpía (ΔH) y qué métodos podemos usar para determinarlo.

¿Qué es la Entalpía?

La entalpía ($H$) es una medida de la energía contenida en un sistema, incluyendo la energía interna y la energía relacionada con la presión y el volumen. En química, lo que realmente nos interesa es el cambio de entalpía ($\Delta H$), que nos indica si una reacción libera o absorbe calor.

📌 Fórmula del cambio de entalpía:

$$\Delta H = H_{\text{productos}} - H_{\text{reactivos}}$$

¿Cómo interpretar $\Delta H$?

• Si $\Delta H$ es negativo ($\Delta H < 0$), la reacción es exotérmica y libera energía en forma de calor. Ejemplo: combustión del metano.
• Si $\Delta H$ es positivo ($\Delta H > 0$), la reacción es endotérmica y absorbe energía del entorno. Ejemplo: fotosíntesis.

Métodos para Calcular el Cambio de Entalpía ($\Delta H$)

Existen tres métodos principales para determinar el cambio de entalpía de una reacción química:

1. Usando la Diferencia de Entalpías de Reactivos y Productos

Si conocemos las entalpías estándar de formación ($\Delta H_f^\circ$) de los reactivos y productos, podemos calcular el cambio de entalpía con la siguiente ecuación:

$$\Delta H = \sum \Delta H_f^\circ (\text{productos}) - \sum \Delta H_f^\circ (\text{reactivos})$$

✅ Ejemplo: La formación del agua:

$$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$$

$\Delta H_f^\circ$ del agua líquida = -285.8 kJ/mol

Entonces:

$$\Delta H = 2(-285.8) - [0 + 0] = -571.6 \text{ kJ/mol}$$

🔹 Como $\Delta H$ es negativo, la reacción es exotérmica (libera calor).

2. Usando la Ley de Hess

La Ley de Hess establece que el cambio de entalpía de una reacción es la suma de los cambios de entalpía de las reacciones intermedias.

✅ Ejemplo: Si tenemos dos ecuaciones químicas cuya suma nos da la ecuación final, sumamos también sus valores de $\Delta H$.

Si:

$$A \rightarrow B \quad \Delta H_1$$ $$B \rightarrow C \quad \Delta H_2$$

Entonces:

$$A \rightarrow C \quad \Delta H_{\text{total}} = \Delta H_1 + \Delta H_2$$

3. Usando Energías de Enlace

Podemos calcular $\Delta H$ usando la energía necesaria para romper enlaces en los reactivos y la energía liberada al formar enlaces en los productos:

$$\Delta H = \sum E_{\text{enlaces rotos}} - \sum E_{\text{enlaces formados}}$$

✅ Ejemplo: Combustión del metano ($\text{CH}_4$)

La ecuación química es:

$$\text{CH}_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$$

Dadas las energías de enlace (en kJ/mol):

• C-H = 412 kJ/mol
• O=O = 498 kJ/mol
• C=O (CO₂) = 799 kJ/mol
• O-H (H₂O) = 463 kJ/mol

📌 Paso 1: Energía absorbida para romper enlaces

• 4 enlaces C-H: $4 \times 412 = 1648$ kJ
• 2 enlaces O=O: $2 \times 498 = 996$ kJ
• Total: 2644 kJ absorbidos

📌 Paso 2: Energía liberada al formar enlaces

• 2 enlaces C=O: $2 \times 799 = 1598$ kJ
• 4 enlaces O-H: $4 \times 463 = 1852$ kJ
• Total: 3450 kJ liberados

📌 Paso 3: Calcular $\Delta H$

$$\mathrm{\Delta }H=2644-3450=-806\text{ kJ/mol}\text{<br>}$$

🔹 Conclusión: Como $\Delta H$ es negativo, la reacción es exotérmica.

Conclusión

✅ La entalpía ($H$) es una medida de la energía total en un sistema.
✅ El cambio de entalpía ($\Delta H$) nos dice si una reacción absorbe o libera calor.
✅ Podemos calcular $\Delta H$ usando:

• Entalpías estándar de formación
• Ley de Hess
• Energías de enlace

📚 Ahora que conoces cómo calcular el cambio de entalpía, ¡practica con otros ejemplos y profundiza en el fascinante mundo de la termoquímica!