11. ¿SE PUEDE RELACIONAR LA ENTALPIA DE REACCIÓN CON LAS ENERGIAS DE LOS ENLACES?

 

 

Una reacción química a nivel submicroscópico se interpreta como un proceso en el que se rompen los enlaces en las sustancias reaccionantes y se forman nuevos enlaces para dar las sustancias de los productos. De forma que sería fácil calcular los calores implicados en la reacción imaginando que esta se da en dos etapas: en una primera etapa se rompen todos los enlaces de los reactivos y en una segunda etapa se forman los enlaces de los productos.


A.28. Proponed una relación que permita calcular la variación de la entalpia que se produce en una reacción (ΔHr) a partir de las energías de enlace entre las partículas que forman los reactivos y los productos.

El proceso de ruptura de enlaces requerirá un aporte de energía, por lo que será un proceso endotérmico; mientras que en el proceso de formación de los enlaces se desprenderá energía, por lo que será un proceso exotérmico. Si la cantidad de energía liberada en la formación de los enlaces supera a la cantidad de energía requerida para romper los enlaces iniciales, la reacción será una reacción exotérmica que se producirá con cesión de energía mediante calor hacia el entorno (siempre que el sistema no esté aislado). Por el contrario, una reacción endotérmica será aquella en la que la energía de los enlaces de los productos es inferior a la energía de los enlaces en los reactivos.


Por tanto, podremos calcular la variación de la entalpia de la reacción restando de la energía de los enlaces rotos la energía de los enlaces formados.

Pero, ¿Cómo determinar las energías de los enlaces? Se define la energía de enlace o entalpía de enlace, como la energía necesaria para romper un mol de enlaces de una sustancia covalente en fase gaseosa para formar productos en fase gaseosa a temperatura y presión constante.


Observad que en la definición se hace referencia solo al enlace covalente para el estado de agregación gas, puesto que en los otros estados se deberían de considerar los enlaces que mantienen unidas a las partículas en el líquido y en el sólido. Es decir, la relación anterior solo será aplicable a aquellas reacciones que se den en estado gaseoso entre sustancias covalentes moleculares.


Cuando las sustancias forman moléculas diatómicas será fácil determinar la entalpia de enlace a partir de la reacción de disociación. Por ejemplo, puesto que la ecuación termoquímica de la reacción de disociación del hidrogeno es:

H2(g) → 2 H(g) ΔH0r= 436 kJ/mol

Podemos concluir que la energía de enlace entre dos átomos de hidrogeno es:


H0(H-H) = 436 kJ/mol

Más complicado resulta determinar la energía de enlace cuando las moléculas no son diatómicas o incluso cuando los enlaces se producen entre átomos diferentes, puesto que no será idéntica la energía requerida para la separación de los diferentes átomos. Por ejemplo, en el caso del agua no se requiere igual cantidad de energía para la ruptura del primer enlace (H2O → HO + H) que para la ruptura del segundo (HO → O + H). Tampoco será igual la energía requerida para romper el enlace O-H en la molécula de agua que en la molécula de agua oxigenada H2O2. Estas limitaciones se soslayan calculando valores promedio para las energías de enlace, con las que se confeccionan tablas como la que se presenta a continuación.


Por tanto, mediante las energías de enlace tabuladas y utilizando la expresión anteriormente definida se puede calcular la entalpia de las reacciones, pero siempre teniendo en cuenta que los valores calculados serán valores aproximados, puesto que los valores de energía de enlace son valores promedio. Y, como dijimos anteriormente, estos cálculos solo serán aceptables para aquellas reacciones que se produzcan en estado gaseoso y entre especies covalentes moleculares.

Tabla 2. Energías promedio de enlace


A.29. Utilizando las energías de enlace calculad la entalpía de formación del vapor de agua

La ecuación correspondiente a la formación de vapor de agua es:


H2(g) + ½ O2(g) → H2O(g)


El esquema de los enlaces:

H-H + 1/2 O=O → H-O-H


Por tanto, se comprueba del esquema que en la reacción tal y como está escrita en la ecuación, se rompe 1mol de enlaces H-H y medio mol de enlaces O=O y se forman dos moles de enlaces O-H.


ΔH0r= 436 + ½·(496) – 2·(463)= -242 kJ/mol


Si observamos el valor de entalpia de formación que aparece en la tabla de entalpias de forma-ción, éste es -241,6 kJ/mol, valor prácticamente idéntico al calculado mediante las energías de enlace. Recordad que el valor calculado mediante las energías de enlace es un valor aproximado o estimativo dado que las energías de enlace son valores promedio.

A.30. Calculad la energía del enlace H-Cl a partir de los siguientes datos:
H2(g) + Cl2(g) → 2 HCl(g) ΔH0r= -184,4 kJ/mol
Entalpías de enlace H-H y Cl-Cl son respectivamente 435 kJ/mol y 243 kJ/mol.

Rdo. H0(H-Cl)= 431,2 kJ/mol