Calculadora de Cambio de Entalpía

Calcular cambio de entalpía y calor de reacción usando energías de enlace y datos termoquímicos

Modo de Cálculo

Desde Entalpías de Formación

Usar valores ΔH°f (Ley de Hess)

Desde Energías de Enlace

ΔH = Enlaces rotos - Enlaces formados

Calorimetría

q = mcΔT

Entrada Simple de ΔH

Ingrese ΔH directamente para análisis

Reactivos (Lado Izquierdo de la Ecuación)

Productos (Lado Derecho de la Ecuación)

¿Qué es el Cambio de Entalpía?

El cambio de entalpía (ΔH) es la cantidad de calor absorbido o liberado por un sistema durante una reacción química a presión constante. Es una propiedad termodinámica fundamental que indica si una reacción es exotérmica (libera calor, ΔH < 0) o endotérmica (absorbe calor, ΔH > 0). La entalpía es una función de estado, lo que significa que el cambio de entalpía depende solo de los estados inicial y final, no del camino recorrido (Ley de Hess).

Ecuaciones Clave:

ΔH°rxn = Σ(n × ΔH°f productos) - Σ(n × ΔH°f reactivos)

Ley de Hess usando entalpías estándar de formación

ΔH = Σ(Energías de enlaces rotos) - Σ(Energías de enlaces formados)

Método de entalpía de enlace

q = mcΔT

Ecuación de calorimetría (transferencia de calor)

• ΔH = Cambio de entalpía (kJ o kJ/mol)
• ΔH°f = Entalpía estándar de formación (kJ/mol)
• n = Coeficiente estequiométrico
• q = Energía calorífica (J o kJ)
• m = Masa (g)
• c = Capacidad calorífica específica (J/g·°C)
• ΔT = Cambio de temperatura (°C o K)

Exotérmica vs. Endotérmica

Exotérmica (ΔH < 0)

• Libera calor al entorno
• Los productos tienen menos energía que los reactivos
• La temperatura aumenta
• Ejemplos: Combustión, cristalización

Endotérmica (ΔH > 0)

• Absorbe calor del entorno
• Los productos tienen más energía que los reactivos
• La temperatura disminuye
• Ejemplos: Fusión, evaporación, fotosíntesis

Ley de Hess

La Ley de Hess establece que el cambio de entalpía de una reacción es el mismo ya sea que ocurra en un solo paso o en múltiples pasos. Esto se debe a que la entalpía es una función de estado. Este principio nos permite calcular cambios de entalpía para reacciones que son difíciles de medir directamente usando entalpías de formación conocidas o combinando ecuaciones.

Usando Entalpías Estándar de Formación (ΔH°f)

La entalpía estándar de formación es el cambio de entalpía cuando se forma 1 mol de un compuesto a partir de sus elementos en sus estados estándar a 25°C (298 K) y 1 atm.

Para la reacción: aA + bB → cC + dD

ΔH°rxn = [c×ΔH°f(C) + d×ΔH°f(D)] - [a×ΔH°f(A) + b×ΔH°f(B)]

Nota: ΔH°f para elementos en su estado estándar se define como cero (ej., O₂(g), H₂(g), C(grafito) todos tienen ΔH°f = 0).

Ejemplos Resueltos

Ejemplo 1: Entalpías de Formación (Ley de Hess)

Problema: Calcule ΔH°rxn para:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)

Valores de ΔH°f dados:
CH₄(g) = -74.8 kJ/mol
CO₂(g) = -393.5 kJ/mol
H₂O(l) = -285.8 kJ/mol
O₂(g) = 0 kJ/mol (elemento)

Paso 1: Entalpía de productos
Σ(productos) = [1(-393.5) + 2(-285.8)] = -965.1 kJ

Paso 2: Entalpía de reactivos
Σ(reactivos) = [1(-74.8) + 2(0)] = -74.8 kJ

Paso 3: Calcular ΔH°rxn
ΔH°rxn = -965.1 - (-74.8) = -890.3 kJ

Respuesta: ΔH°rxn = -890.3 kJ (Exotérmica - la combustión libera calor)

Ejemplo 2: Energías de Enlace

Problema: Calcule ΔH para: H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g)

Energías de enlace:
H-H: 436 kJ/mol
Cl-Cl: 243 kJ/mol
H-Cl: 432 kJ/mol

Paso 1: Enlaces rotos (energía de entrada, +)
1 H-H + 1 Cl-Cl = 436 + 243 = 679 kJ

Paso 2: Enlaces formados (energía liberada, -)
2 H-Cl = 2(432) = 864 kJ

Paso 3: Calcular ΔH
ΔH = 679 - 864 = -185 kJ

Respuesta: ΔH = -185 kJ (Exotérmica)

Ejemplo 3: Calorimetría

Problema: Se calientan 100 g de agua de 25°C a 35°C. ¿Cuánto calor se absorbe?
(Calor específico del agua = 4.184 J/g·°C)

Paso 1: Calcular ΔT
ΔT = 35 - 25 = 10°C

Paso 2: Aplicar q = mcΔT
q = 100 g × 4.184 J/g·°C × 10°C

Paso 3: Calcular el calor
q = 4184 J = 4.184 kJ

Respuesta: q = 4.184 kJ (Calor absorbido - proceso endotérmico)

Entalpías Estándar de Formación Comunes (ΔH°f a 25°C)

Compuesto	Fórmula	Estado	ΔH°f (kJ/mol)
Agua	H₂O	líquido	-285.8
Agua	H₂O	gas	-241.8
Dióxido de carbono	CO₂	gas	-393.5
Metano	CH₄	gas	-74.8
Amoníaco	NH₃	gas	-46.1
Dióxido de azufre	SO₂	gas	-296.8
Cloruro de sodio	NaCl	sólido	-411.2
Etanol	C₂H₅OH	líquido	-277.7
Glucosa	C₆H₁₂O₆	sólido	-1273.3
Elementos (estado estándar)	O₂, H₂, N₂, etc.	varía	0

Aplicaciones de los Cálculos de Entalpía

Producción de Energía

Cálculo del calor liberado por la combustión de combustibles para generación de energía, sistemas de calefacción y diseño de motores. Optimización de la eficiencia energética en procesos industriales.

Manufactura Química

Diseño de reactores y sistemas de enfriamiento/calentamiento para síntesis industrial. Determinación de si las reacciones necesitan calentamiento o enfriamiento externo para controlar la temperatura.

Bioquímica y Nutrición

Cálculo del contenido calórico de los alimentos, liberación de energía en rutas metabólicas (como la oxidación de glucosa) y comprensión de la hidrólisis del ATP en las células.

Ciencia de Materiales

Predicción del calor de formación para nuevos compuestos, comprensión de la formación de cristales y diseño de materiales de cambio de fase endotérmicos/exotérmicos.

Ciencia Ambiental

Evaluación de la huella de carbono de las reacciones, comprensión de la energética de formación de gases de efecto invernadero y evaluación de fuentes de energía alternativas.

Seguridad y Evaluación de Riesgos

Identificación de reacciones altamente exotérmicas que representan riesgos de explosión o incendio. Diseño de procedimientos seguros de almacenamiento y manejo de productos químicos reactivos.

Referencias

Los cálculos de entalpía se basan en principios termoquímicos fundamentales:

Nota: Esta calculadora utiliza convenciones termoquímicas estándar. Los valores de entalpía estándar de formación (ΔH°f) están referenciados a 25°C (298 K) y 1 atm de presión. Los elementos en sus estados estándar tienen ΔH°f = 0 por definición. Los cálculos con energías de enlace dan valores aproximados ya que las fuerzas de enlace varían ligeramente dependiendo del entorno molecular. Para cálculos de investigación precisos, consulte bases de datos autorizadas como NIST o el CRC Handbook. Siempre verifique que las condiciones de temperatura y presión coincidan con el estado estándar al usar valores tabulados.