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¿Qué es el q? Nuevos planteamientos sobre los principios de la termodinámica, termoquímica (página 6)
+ E- (3-4)
La E absoluta del estado
(2) del O
aplicando (Q
0,73Ä= 951746J + la E de
(1-2)497000J/m ) =1449744J
La E absoluta del estado (2) del S,
será S** = (Q1,02 (681151)+119000 J+IPi (999976 J ) =
1800127 J
La E absoluta del estado (3) del S
O
=1800127 J+
1449744= 3249871 J/m
La E absoluta del estado (4) 3249871 J –291600J = 2958271J/m
Distancia entre centros
Los 2958271J/m corresponde a tres átomos,
uno solo, será la anterior cantidad divida por tres que da
: 986090 J = Q
r ;
despejando r= 0,70 Ä; por dos igual 1,40Ä la distancia
entre centros.
Estudio energético del S O
La E absoluta del estado (1) del
O=951746
J
La E absoluta del estado (1) del
S681151
J
Diferencia de E en el estado
(1) S
681151
J + O951746
J = 1632897 J
La química actual parte que por definición la entalpía (E) de formación de la forma más estable de un elemento es cero por tanto aplicando esto al estado (1) entre el azufre y el oxígeno sería cero, en cambio aplicando la teoría de energías totales es de 1632897 J, como acabamos de comprobar.
Energía de cada átomo
Las E de los átomos de S
Oacabamos de
ver en el estado (4) son de 986090 J
Luego la E absoluta del estado (1)
S681151 J
pasa a 986090 J en el estado(4)
Luego la E absoluta del estado (1)
½ O=475873 J pasa a 986090 J en el estado
(4)
Estudio del Nox
La E absoluta del estado (2) del
Oaplicando
(Q
0,73Ä=
951746J + la E de (1-2)498000J/m ) =1449744J
La E absoluta del estado el S en el estado
(2) se ha excitado al estado (S
E de (1-2)+ Pi)
Un solo S** = 1800127 J; Dos O*= 1449744J luego S**es del orden del O**
Vemos como el Nox del S es igual que del oxígeno Pero hay que fijarse que las E tanto de S** como 2º* son totales, no incrementos de E a partir de las condiciones ambientales de 25º C y una atmósfera de depresión
Clase de reacción
El 
E del azufre para ir al estado (2)
el
E de
(1-2 será S** = ((1-2 119000
J+IPi (999976 J ) = 1118976 J
El E del oxígeno para ir al estado
(2) elE de
(1-2 la E de (1-2)497000J/m
Total
E de (1-2 ==1118976J +497000J =
1615976 J
E
de ir de (3-4) = 291600J/m Como Total
E ( 1-2) es mayor queE de ir de
(3-4) la reacción será
endoenergética. Como estamos hablando de un ciclo se
podría ir del estado (4) al estado (1) entonces la
reacción exoenergética
Estudio de enlaces
Como 0.73Ä (O+ 1,02Ä ( S)= 1,75 es mayor que la
distancia centros :1,40 Ä; el enlace del oxígeno y el
azufre será covalente
----------------------------------
20.2.-S O
Datos de partida:
a) S su radio covalente igual a 1;02 Ä , E de (1-2)del == 347272 J/mol; IIPi 2258006 J/m.
b) Osu radio covalente 0,73Ä; E de
(1-2)498000 J/m; Pi = 1313776 J/m
c) Distancia entre centros de S Oigual a 1,44Ä; La
E del (3) al (4) = 732000J
Reacción química : ½
O+OS = S O2S O(g) + O(g) = 2 S OHº --198kJ
(SE de (1-2)+ IIPi) + (O
E de (1-2) ½ (OE de (1-2)+ PI) = S*** +2º* + O** = (S O= S OE- (3-4)
La E absoluta del estado (2) del
Oaplicando
será 2O* = (Q0,73Ä= 951746J + la E de
(1-2)498000J/m ) =1449744J
La E absoluta del estado (2) del
O** = ½ (Q0,73Ä= 951746J + la E de
(1-2)498000J/m +2I Pi 1313776 J/mJ) = 2038149
J/m
La E absoluta del estado (2) del S,
será S*** = (Q1,02 (681151)+119000 J+IIPi (2258006 J )
=3058157 J
La E absoluta del estado (3) en este caso es 2O* + O** + S**
La E absoluta del estado (3) del (S
O1449744J+2038149
J/m +3058157 J =6546050 J
La E absoluta del estado (4) 6546050 –732000=5814050 J/m
Distancia entre centros
Los 5814050 J corresponde a cuatro átomos,
uno solo , será la anterior cantidad divida por cuatro que
da 1453513 J = Qr ;
despejando r= 0,48 Ä; por dos igual 0,96Ä la distancia
entre centros.
Estudio energético del S O
La E absoluta del estado (1)
del3( ½ O) =1427619 J
La E absoluta del estado (1) del
S681151
J
Diferencia de E en el estado (1)
S681151 J +
O1427619 J =
2108770 J
La química actual parte que por definición la entalpía (E) de formación de la forma más estable de un elemento es cero por tanto aplicando esto al estado (1) entre el azufre y el oxígeno sería cero, en cambio aplicando la teoría de energías totales es de 2108770 J, como acabamos de comprobar.
Energía de cada átomo
Las E de los átomos de S
O
acabamos de
ver en el estado (4) son de 1453513 J
Luego la E absoluta del estado (1)
S681151 J
pasa a 1453513 J en el estado(4)
Luego la E absoluta del estado (1)
½ O=475873 J pasa a 1453513 J en el estado
(4)
Estudio del Nox
La E absoluta del estado el oxígeno en el estado (2) se ha excitado al estado O*
½ (OE de (1-2)+ Pi 26275552) = 2038149 J
La E absoluta del estado (2) del
Oaplicando
(Q0,73Ä=
951746J + la E de (1-2)498000J/m ) =1449744J
Total oxígenos O** 2038149+ 2 O* 1449744J = 3487893 J
La E absoluta del estado el S en el estado
(2) se ha excitado al estado S*** =(SE de (1-2)+ IIPi)
=3058157 J
Un solo S** = 3058157 J J; Total de oxígenos: 3487893 J luego S***es del orden del O**
Vemos como el Nox del S es igual que del oxígeno Pero hay que fijarse que las E tanto de S*** como los oxígenos son totales, no incrementos de E a partir de las condiciones ambientales de 25º C y una atmósfera de depresión.
Clase de reacción
El E del azufre para ir al estado (2)
elE de (1-2 será S** = 119000 J+IIPi
(2258006 J ) =2377006 J
El 
E del oxígeno para ir al estado
(2) elE de
(1-2 la E de (1-2)497000J/m
El E del oxígeno para ir al estado (
(2) del O** = ½ (la E de
(1-2)497000J/m +2I Pi 1313776 J/mJ) = 1461276
J/m
TotalE de (1-2 ==2377006 J+497000J
+1461276 J/m = 4335282 J/m
E de ir
de (3-4) = 732000 J/m. Como TotalE ( 1-2) es mayor queE de ir de
(3-4) la reacción será
endoenergética. Como estamos hablando de un ciclo se
podría ir del estado (4) al estado (1) entonces la
reacción exoenergética
Estudio de enlaces
Como 0.73Ä (O+ 1,02Ä (S)= 1,75 es mayor que la
distancia centros: 0,96Ä; el enlace de SOserá covalente
Como el ángulo que forman entre si (S—O) es de 120º la resultante de las tres fuerzas será cero.
------------------
20.3-SOH
Datos de partida:
a) S su radio covalente igual a 1,02 Ä , E de (1-2)del == 347272 J/mol; IIPi 2258006 J/m.
b) Osu radio covalente 0,73Ä; E de
(1-2)498000 J/m; Pi = 1313776 J/m
c) Hsu radio covalente 0,32 Ä
d) Distancia entre centros de S Oigual a 1,26 Ä; La
E del (3) al (4) = 35222 J
Reacciones químicas:
a) ½ O+OS = S O
b) (SE de (1-2)+ IIPi) + ½ (OE de (1-2) (OE de (1-2)+ PI)+ (H= S***+ O* +2O**+ H= (SOH= SO
HE- (3-4)
La E absoluta del estado (2) del
Oaplicando
será O* = ½ (Q0,73Ä= 951746J + E de
(1-2)498000J/m ) =719373 J
La E absoluta del estado (2) del
2O** = (Q0,73Ä= 951746J + la E de
(1-2) 498000J/m +2 Pi 2627552 J) = 4076298 J/m
La E absoluta del estado (2) del S,
será S*** = (Q1,02 (681151)+119000 J+IIPi (2258006 J )
=3058157 J
La E absoluta del estado (1) del
Haplicando
2Q2. 0,32 Ä=
2171170 J
La E absoluta del estado (3) en
este caso es O* + 2O** + S** + H
La E absoluta del estado (3) del S
O=719373 J+4076298
J +3058157 J + 2171170 =10024998 J
La E absoluta del estado (4) será: 10024998 –1340000 J =8684698 J/m
Distancia entre centros
Los 8684698 J/m corresponde a seis átomos,
uno solo, será la anterior cantidad divida por seis que da
1447450 J = Qr ;
despejando r= 0,48Ä; por dos igual 0,96 Ä la distancia
entre centros.
Estudio energético del S OH
La E absoluta del estado (1)
del3( ½ O) =1427619 J
La E absoluta del estado (1) del
S681151
J
La E absoluta del estado (1) del
H=2171170 J/m
Diferencia de E en el estado (1)
S681151 J +
3( ½ O1427619 J + H
2171170 J = 4279940 J
La química actual parte que por definición la entalpía (E) de formación de la forma más estable de un elemento es cero por tanto aplicando esto al estado (1) entre el azufre , el oxígeno y el hidrógeno sería cero, en cambio aplicando la teoría de energías totales es de 4279940 J, como acabamos de comprobar.
Energía de cada átomo
Las E de los átomos de S
OHacabamos de ver en el estado
(4) son de 1447450 J
Luego la E absoluta del estado (1)
S681151 J
pasa a 1447450 J en el estado(4)
Luego la E absoluta del estado (1)
½ O=475873 J pasa a 1447450 J en el estado
(4)
La E absoluta del estado (1) del
H=1085585 J/m J
pasa a 1447450 J en el estado (4)
Estudio del Nox
La E absoluta del estado el oxígeno en el estado (2) se ha excitado al estado 2O*
½ (OE de (1-2)+ Pi) = 4076298 J
La E absoluta del estado (2) del
Oaplicando ½
(Q0,73Ä= 951746J + la E de (1-2)) =719373
J
Total oxígenos 2O** 4076298+ O* 719373 = 4795671 J
La E absoluta del estado el S en el estado
(2) se ha excitado al estado S*** =(SE de (1-2)+ IIPi)
=3058157 J
La E absoluta del hidrógeno
Hen el
estado (2) =2171170 J
Las E del S***+ H= 5229327 J como el total de
oxígenos es 4795671 J que vemos que están en el
mismo orden de magnitud.
Vemos como el Nox del azufre y del hidrógeno es igual que del oxígeno Pero hay que fijarse que las E tanto de S*** como los oxígenos son totales, no incrementos de E a partir de las condiciones ambientales de 25º C y una atmósfera de depresión.
Clase de reacción
El E del azufre para ir al estado (2)
elE de
(1-2 será S** = 119000 J+IIPi (2258006 J )
=2377006 J
El E del oxígeno para ir al estado
(2) elE de
(1-2 la ½(E de (1-2)497000J/m
) = 248500 J/m
El E del oxígeno para ir al estado
(2) del O** = (la E de (1-2)497000J/m +2I
Pi 1313776 J/mJ) = 2922552 J/m
El E del hidrogeno en
el estado (1-2) de ½ Higual a cero
TotalE de (1-2 ==2377006 J+248500 J/m
+2922552 J/m + cero= 5548058 J/m
E de ir de (3-4) = 35222 J/m.
Como TotalE
( 1-2) es mayor queE de ir de (3-4) la
reacción será endoenergética. Como estamos
hablando de un ciclo se podría ir del estado (4) al estado
(1) entonces la reacción exoenergética
Estudio de electrovoltios:
1101980 / F = 11,42 e/v ; ½ Hes de 22,5 e/v divido entre
dos = 11,25 e/v luego 11,42--11,25 = +0,17e/v.
Estudio de enlaces
Donde 0.73Ä (O, 1,02Ä ( S) y 0.32Ä ( H) Distancia centros : 0,96
Ä;
Como 0,96 Ä; es menor que 0.73Ä
(O+ 1,02Ä ( S)
=1,75 Ä ; el enlace del azufre y el oxígeno
será covalente
Como 0,96 Ä es casi igual que 0.73Ä (O+ 0.32Ä ( H) =1,05 Ä ; el enlace
entre el hidrógeno y el oxígeno será
iónico – covalente. Esta es la causa que no sea
un ácido muy fuerte y que se ionice fácilmente uno
de los dos hidrógenos pero el el segundo hidrógeno
la haga con dificultad
Como 0,96 Ä es menor que 1,02Ä ( S) + y
0.32Ä ( H)
=1,34 Ä ; el enlace del hidrógeno y el azufre
será covalente
---------------------
20.4-SOH
Datos de partida:
a) S su radio covalente igual a 1;02 Ä , E de (1-2)del == 347272J/mol; IIPi 2258006 J/m.
b) Osu radio covalente 0,73Ä; E de
(1-2)498000 J/m; Pi = 1313776 J/m
c) Hsu radio covalente 0,32 Ä
Distancia entre centros de S Oigual a 1,26 Ä; La
E del (3) al (4) = 130J
Reacción química
a) S Og)+ HO (l) = SOHHº130 KJ
b ) (SE de (1-2)+ Pi) + (OE de
(1-2)) OE de (1-2)+ PI)+ (H= S** + 2O* +2O**+
H=
(SOH= SOHE- (3-4)
La E absoluta del estado (2) del
Oaplicando
será 2O* = (Q0,73Ä= 951746J + la E de
(1-2) 498000J/m ) =1449744J
La E absoluta del estado (2) del 2
O** = (Q0,73Ä=
951746J + la E de (1-2) 498000J/m +2 Pi
2627552 J) = 4076298 J/m
La E absoluta del estado (2) del S,
será S** = (Q1,02 (681151)+119000 J+Pi (2258006 J )
=3058157 J
La E absoluta del estado (1) del
Haplicando
2Q2. 0,32 Ä=
2171170 J
La
E absoluta del estado (3) en este caso es 2O* +
2O** + S** + H1449744J +4076298 J +3058157 J +2171170 J =
10755369 J
La E absoluta del estado (4) 10755369 J –1220000 = 9535369 J
Distancia entre centros.
9535369 Jdividido entre siete 1362196 J:
Qr despejando r=
0,51 Ä; por dos igual 1,02 Ä la distancia entre
centros.
Estudio energético del S OH
La E absoluta del estado (1) del
2º=1903492 J
La E absoluta del estado (1) del
S681151
J
La E absoluta del estado (1) del H=2171170 J/m
Diferencia de E en el estado (1)
S681151 J +
2º1903492 + H2171170 = 47555813 J
La química actual parte que por definición la entalpía (E) de formación de la forma más estable de un elemento es cero por tanto aplicando esto al estado (1) entre el azufre , el oxígeno y el hidrógeno sería cero, en cambio aplicando la teoría de energías totales es de 47555813 J J, como acabamos de comprobar.
Energía de cada átomo
Las E de los átomos de S
OHacabamos de ver en el estado
(4) son de 1362196 J
Luego la E absoluta del estado (1)
S681151 J
pasa a 1362196 J en el estado(4)
Luego la E absoluta del estado (1)
½ O=475873 J pasa a 1362196 J en el estado
(4)
La E absoluta del estado (1) del
½ H=1085585 J/m J pasa a 1362196 J en el estado
(4)
Estudio del Nox
La E absoluta del estado el oxígeno en el estado (2) se ha excitado O**
½ (O
E de (1-2)+ Pi) = 4076298 J
La E absoluta del estado (2) del
Oaplicando
(Q0,73Ä=
951746J + la E de (1-2)) =1438746
Total oxígenos 2O** 4076298+2 O* 1438746 = 5515044 J
La E absoluta del estado el S en el estado
(2) se ha excitado al estado S*** =(SE de (1-2)+ IIPi)
=3058157 J
La E absoluta del hidrógeno
Hen el
estado (2) =2171170 J
Las E del S***+ H= 5229327 J como el total de
oxígenos es 5515044 J que vemos que están en el
mismo orden de magnitud.
Vemos como el Nox del azufre y del hidrógeno es igual que del oxígeno Pero hay que fijarse que las E tanto de S*** como los oxígenos son totales, no incrementos de E a partir de las condiciones ambientales de 25º C y una atmósfera de depresión.
Clase de reacción
El E del azufre para ir al estado (2)
elE de
(1-2 será S** = 119000 J+IIPi (2258006 J )
=2377006 J
El E del oxígeno para ir al estado
(2) elE de
(1-2 la (E de (1-2)497000J/m ) =
497000 J/m
El E del oxígeno para ir al estado
(2) del O** = (la E de (1-2)497000J/m +2I
Pi 1313776 J/mJ) = 2922552 J/m
El E del hidrogeno en el estado
(1-2) de ½ Higual a cero
TotalE de (1-2 ==2377006 J+248500 J/m
+2922552 J/m + cero= 5796558 J/m
E de ir de (3-4) = 1220000 J/m.
Como TotalE
( 1-2) es mayor queE de ir de (3-4) la
reacción será endoenergética. Como estamos
hablando de un ciclo se podría ir del estado (4) al estado
(1) entonces la reacción exoenergética
Estudio de enlaces
Donde 0.73Ä (O, 1,02Ä ( S) y 0.32Ä ( H) Distancia centros : 1,02
Ä;
Como 1,02 Ä es menor que 0.73Ä
(O+ 1,02Ä ( S)
=1,75 Ä ; el enlace del azufre y el oxígeno
será covalente
Como 1,02 Ä es prácticamente igual
que 0.73Ä (O+
0.32Ä ( H)
=1,05 Ä ; el enlace entre el hidrógeno y el
oxígeno será iónico.
Como 1,072 Ä es menor que 1,02Ä ( S) +
y 0.32Ä ( H)
=1,34 Ä ; el enlace del hidrógeno y el azufre
será covalente
Estudio de los electrovoltios
131561 J / F = 13,63 e/v ; ½ Hes de 22,5 e/v divido entre
dos = 11,25 e/v luego 13,63--11,25 = 2,38 e/v
20.5-Obtención Industrial del
SOH
Nota: Vamos a comentar la obtención industrial del ácido sulfúrico, teniendo presente los resultados de los párrafos anteriores, sobre los compuestos del azufre.
Obtención del SO
Partiendo del sulfuro de hierro,
sulfuro de Zn, del azufre natural, del azufre conseguido en el
refinado del petróleo o del gas natural, se
obtiene la siguiente reacción: a) OS = S O
Se consigue, el anterior proceso a 1000º y la conversión del azufre es el 100%.
Es un hecho comprobado que el azufre en exceso de
oxígeno no se obtiene S Osino solamente S O
La razón que un exceso de
oxígeno no pase el S Oa S Oestá en las ecuaciones que
a continuación pongo
(SE de (1-2)+ Pi) + (OE de (1-2) =
S** + 2º* = (S O= S O
(SE de (1-2)+ Pi) +2 (OE de (1-2) OE de (1-2)+ PI) = S** +2º* + O**
= S O
Para obtener S Otenemos que aplicar O* y
O**, por mucho oxigeno O* que
aplique a S Osino es el oxígeno O** nunca se
obtendrá S O
a)Oxidación de SOa S O
Hay que enfriar el S O, a temperatura
ambiente para
que se pueda obtener:
S Og) + Og) = S Og); Hº -- 198kJ
-------------- ----------------- -------------
SOla distancia D ( S—O) = 1,43 Ä y el
S OD (
S—O) = 1,22 Ä;
Si aumento mucho la temperatura al SOmás que le corresponde a la
energía de 1,43Ä, el enlace se rompe. Recordemos
paradoja de la dilatación un cuerpo se dilata
porque se comprime( apartado 7 de la 1ª parte) La
energía en exceso encoge el enlace, luego se rompe este,
aunque el volumen,
aumentará ( ya no hay una sola molécula
(SOsino dos al de
(S)* y la del (O)*
Aunque a temperaturas bajas se consigue esta reacción, se hace muy despacio.
Para conseguir que el proceso sea rápido, se somete el
S Og), a 400º
C, en presencia del V
Oque hace de catalizador. De esta manera se
obtiene una conversión del SOdel 99,7%
------------ -------------- ---------------
Vamos a estudiar la molécula
VO
para ver porqué hace
de catalizador
Datos de partida:
V su radio covalente igual a 1,22 Ä , E de (1-2)del = 679800J/mol; Pi 652704m.
Osu
radio covalente 0,73Ä; E de (1-2)498000 J/m;
Pi=1313776
La E del (3) al (4) = 556400J
Reacción química:5( ½
O)+2V = VO
(VE de (1-2)+ Pi) +3 (OE de (1-2)) +(OE de (1-2)+ Pi) = V** +3º* +2** = (VO= VOE- (3-4)
La E absoluta del estado (2) del
Oaplicando
será 2º* = (Q0,73Ä= 951746J + la E de
(1-2) 498000J/m ) =1449744J; 3 O* = 2174616 J
La E absoluta del estado (2) del
O
aplicando
será 2º** = (Q0,73Ä= 951746J + la E de
(1-2) 498000J/m +2Pi262755) = 4077298
La E absoluta del estado (2) del V,
será 2V** = (Q1,22 (569486)+ 679800+2Pi ( 1305408)
=2554694J;
La E absoluta del estado (3) en
este caso es3 O* 2174616+2º**4077298 V** 2554694J =8806608J
=(VO
En este estado del (VOE de 8806608J dividido entre siete
=1258087J
La E absoluta del estado (4) del
VO8806608 – 556400J =
8250208 J/m
La E absoluta del estado (3) del (S
O1449744J+2038149
J/m +1514212J =5001107
La de un átomo
del(S Oserá
5001107 dividido entre cuatro1250277
La E absoluta del estado (4) 5001107J –445000J =4556107J/m
Luego en estado E –3) la energía por átomo es parecida1258087J para el
(VOy 1250277J para los átomos de (S
O
---------------------
c) Reacción del HO(l) con el S Og).
S Og) + HO(l) = SOH(l) + Hº--1,30 kJ
Recordamos las ecuaciones de energía para la obtención del agua
½ (OE de (1-2)+ Pi )+ (HE de (1-2)) = 2H* +O** = (HO)* = HO + E- 285,8 K julios
(3-4)
Y la de obtención del
b(SE de (1-2)+ Pi) +2 (OE de (1-2)+(OE de (1-2)+ PI)+ (H= S** + 2O* +2O**+ H= (SOH= SOH
E- (3-4)
Vemos que la energía del oxigeno del agua tiene una
energía O**, lo mismo que el átomo de
oxígeno del SOH, por eso se apodera el S Ode átomo del
oxígeno del agua. En la práctica no se hace
reaccionar directamente el S Ocon el agua, ya
que la reacción es exotérmica que origina una
niebla de SOHque tarda tiempo en
depositarse.
Si nos fijamos el hidrógeno que forma el agua posee
la E -2 de 2H*, además la ecuación
energética de la obtención del SOHacabamos de ver el hidrógeno que
interviene es con la energía HEsa diferencia de E entre el 2H* y
Hes la que origina
la niebla exotérmica.
20.6.-Aplicación de la teoría de la energía total para entender el proceso energético que sucede en la pila Daniell
Cuando se introduce una barra de cinc en una
disolución que contiene iones Cula reacción que ocurre la podemos
representar mediante la siguiente ecuación:
Este proceso de transferencia de electrones puede aprovecharse para un trabajo eléctrico, es decir podemos fabricar una pila (pila Daniell)
El electrodo en el que se produce la oxidación se denomina ánodo, y el electrodo que se produce la reducción se llama cátodo; luego:
La diferencia de potencial existente entre los electrodos de una pila, origina una corriente una corriente a través del cable que une los dos electrodos. El potencial del cátodo es superior al potencial del ánodo.
La ciencia considera como punto de referencia, para encontrar la tensión de la pila Daniell (como todas las otras pilas) la pila patrón de hidrógeno, como hemos dicho en el apartado:
Eºy EºDatos:
Zn (s) / Zn1M) // H1M) / H1atm/Pt: E--0,76 V
Cu1M) / Cu(s) // H1M) // H1atm/Pt: E1,10 V
Sabemos que en generalmente se cumple que
Eº=
Eº--
Eº
= Eº CuCu -- Eº Zn/ Zn (s) = 1,10 +( --0,76) = +0,34 e/v
Luego la tensión de la pila Daniell será de +0,34e/v
-------------
Estudio y cálculo, de los anteriores potenciales, según la teoría de energías absolutas.
La pila Daniell consta de dos compartimentos separados por un
tabique poroso. En ambos compartimentos existe SOHen disolución 1 M. Además en
uno (el de ánodo) hay una barra de Zn y en el otro
compartimiento (el del cátodo) una barra de cobre.
En el ánodo tenemos el electrodo de Zn cuya E
sabemos que es Q1,25 = 555820 J/m; y la del electrodo del
cátodo es Cu cuya E es Q1,17 = 593824 J/m; luego la diferencia de
E será 593824 – 555820 = 38004 J dividido por
la constante de Faraday nos da 0,394 e/v:
Pero hemos visto en los párrafos anteriores que la tensión de la pila Daniell era de +0,34 e/v. que se acerca mucho a 0,394 e/v dado que este valor depende del valor de los radios medidos Cu ( 1,17 Ä) y Zn (1,25Ä).
Conclusión la diferencia de la pila de Daniell proviene
de la diferencia absoluta entre las E de Cu y del Zn.
Ahora bien para que esta E pueda circular el cobre y el
cinc tiene que estar en estado excitado, esto se consigue como
vamos a ver por la circulación de los iones del
SOZn y del
SOCu.
El potencial del zinc excitado (Zn* )
será: 2Zn* = (ZnE de (1-2) 2Zn* =( Q1,25 (555820) + E de
(1-2) 456424) = 1012244 J;
Estudio de los electrovoltios: 1012244 / F =
10,49 e/v ; ½ Hes de 22,5 e/v divido entre dos = 11,25 e/v
luego 10,49 --11,25 = - 0,76 e/v.
El potencial del cobre excitado (Cu* )
será: 2Cu* = (CuE de (1-2) 2Cu* =( Q1,17 (593824) + E de
(1-2)597902) = 1191726 J;
Estudio de los electrovoltios: 1191726 / F =
12,35e/v ; ½ Hes de 22,5 e/v divido entre dos = 11,25 e/v
luego 12,35e --11,25 = +1,10e/v.
Los –0,76 e/v del Zn y los 1,10e/v. del Cu ; son los mismos que hemos visto antes
que experimentalmente las tablas nos dice:
Eºy EºDatos:
Zn (s) / Zn1M) // H1M) / H1atm/Pt: E--0,76 e/v
Cu1M) / Cu(s) // H1M) // H1atm/Pt: E+ 1,10 e/v
Vamos a calcular la E del SOZn. Partimos del concepto que Zn
que existe en la molécula SOZn es la estructura
correspondiente al estado covalente, luego la E del 2Zn*
es por tanto la Zn en estado excitado. En el ácido
SOHtenemos siete átomos.
El Zn reemplaza a Hluego la E del cobre 2Zn* igual a 1012244 J
corresponde a
2 / 7de la E del SOZn; luego su E será 1012244 x 7 / 2 =
3542854 J
Vamos a calcular la E del SOCu. Partimos del concepto que Cu que existe
en la molécula SO
Cu es la estructura correspondiente al estado
covalente, luego la E del 2Cu* es por tanto la Cu en
estado excitado. En el ácido SO
Htenemos siete átomos. El Cu reemplaza a
Hluego la E del
cobre 2Cu* igual a 1191726 J corresponde a
2 / 7de la E del SOCu; luego su E será 1191726 x 7 / 2 =
4171041 J
Vamos a estudiar por separado, la reacción energética que sucede en cada comportamiento.
En el ánodo tenemos
E del SOHen estado 1 M. igual 5748390 J ; E del
H= 2171170 J/m
E del Zn = Q1,25 = 555820 J/m; E del SOZn = 3542900J/m;
Las anteriores reacciones suceden en los compartimientos separados. Si en vez de estar completamente aislados están unidos por una pared porosa sucede lo siguiente:
En el cátodo:
De la molécula SOCu, el ión Cu se precipita sobre el
cátodo. Luego nos quedará (SOla E del (SOserá la del
SOCu (4171041 J )
menos la E del Cu = Q1,17 = 593824 J/m; 4171041 J -- 593824 J =
3577217 J : Fijarse: no resto la E para llevar
E de (1-2)597902) del Cu, porque dicha E no
queda en el cátodo, sino en el (SO
En el ánodo:
El ión (SOque se ha desprendido en el cátodo ataca
al Zn del ánodo y forma SOZn.
Veamos, ahora el intercambio de E de dicha
reacción. La molécula de SOZn hemos visto en los párrafos
anteriores que tiene una E de 3542900 J. Por otra parte la
E del ión SOZn es de 3577217 J. La diferencia entre ambas
cantidades será 3542900 -- 3577217 = 34317 J; Que
en e/v será: 34317 J dividido entre F = 0,35 e/v;
cantidad que corresponde a los e/v de la pila de Daniell.
Resumiendo:
En la pila de Daniell, sucede que las moléculas del
SOCu, el ión
Cu se precipitan sobre el cátodo, donde se depositan.
Este fenómeno continuará hasta que no quede
ninguna molécula del SOCu. El Cu que se precipitada sobre el
cátodo, hace que este aumente de Cu. Por otra parte los
iones libres de (SOatacan al Zn del ánodo para formar la
molécula SOZn. Dicha molécula queda disuelta en el
electrolito, pero el desprendimiento del Zn , hace que la
cantidad de Zu del electrodo del ánodo disminuya .
Este intercambio de E por medio del ión
(SOdel
cátodo al ánodo, forma una corriente de E
entre el cátodo dentro de la pila. Y como vimos que el
potencial de E del Zn =Q1,25 = 555820 J rea menor que el
potencial del Cu del Q1,17 (593824), del cátodo. Se
formará y circulara, si unimos por unos cables, una
corriente de E entre el ánodo y el cátodo
por el exterior.
Otras conclusiones:
Hemos visto que las tablas nos dicen:
Eºy
EºDatos:
Zn (s) / Zn1M) // H1M) / H1atm/Pt: E--0,76 e/v
Cu1M) / Cu(s) // H1M) // H1atm/Pt: E+ 1,10 e/v
Estos valores obtenidos dependen del medio ácido y básico del medio que se han obtenido sus valores. Es decir no tienen mucho sentido sacarlos del contexto de la reacción química que se producen.
En el sentido anterior han que entender todos los valores de los elementos o átomos simples o moléculas obtenidos en apartados anteriores. Así los e/v del litio y potasio partíamos de valores excitados Li* y K* . En cambio los e/v del sodio de valores super excitados Na**. El porqué de esta diferencia de tratamiento habría que estudiarlo en el medio químico que se han medido dichos valores. Y por extensión se puede decir a todos los valores de los e/v que nos dan las tablas potenciales de electrodo que nos el poder oxidante o reductor de algunos elementos, iones o moléculas.
20.7.- Estudio del acumulador de plomo o batería de Planté
La ciencia actual nos dice que el acumulador de plomo fue
inventado por el francés Planté en 1859. Que consta
de celdas iguales unidas por en serie. Cada celda está
formada por un ánodo de plomo y un cátodo formado
de dióxido de plomo. El electrolito es una
disolución de SOHdiluido de densidad 1,2 a
1,3 gramos / mini litro. Cuando funciona normalmente cada celda
proporciona 2 V.
Las reacciones químicas que ocurren durante el proceso carga de cada celda son:
2SOPb (s )+ 2HO (l) = Pb(s) + PbOs)+ 4HSOaq)
Las reacciones químicas que ocurren durante el proceso de descarga de cada celda es:
Ánodo: Pb (s) + SO= SOPb (s) + 2eCátodo: PbO+ 4Haq) + SO
2e
SOPb (s) + HO (l)
Estudio de los procesos de carga y descarga según las E totales de cada elemento
Datos de partida
a) S su radio covalente igual a 1;02 Ä , E de (1-2)del == 347272J/mol; Pi 99996J/m.
b) Osu radio covalente 0,73Ä; E de
(1-2)498000 J/m; Pi = 1313776 J/m
c) Pb su radio covalente igual a 1,47Ä , E de (1-2)del == J/mol; Pi 715464 J/m.
d) E del SOHes de 9081424 J /m ; (SOH10755369 J
e) E del HO es de 4359519 J/m ;( HO )*= 4645319J
Cálculo de las E de las
moléculas que intervienen en los procesos de carga y
descarga a) E del Pb es Q1,47 = 472638 J/m
b) PbO
La E absoluta del estado (2) de Pb**=
(Q1,47 ( 472638 J )
+100000 J + IIPi 110500142 J ) = 1622780J
La E absoluta del estado (2) del 2
O** = (Q0,73Ä=
951746J + la E de (1-2) 498000J/m +2 Pi
2627552 J) = 4076298 J/m
La E absoluta del estado (3) del
(PbOen este caso es
2Pb* +2 O** 1622780J
+4076298 J = 5699078
La E absoluta del estado (4) del
(SOPb (s) ) es de
16867520J
-----------
Pb 472638 J+ PbO5699078 J + 2(SOH19070738J =25242454 J;
(SOPb )(s) 16867520 + (HO (l) 8721019 J = 25588539 J
Diferencia: 25588539 J --25242454 J= 346085 J
346085 J dividido por un Faraday ( 96496) igual a 3,586 voltios
En la práctica dos voltios es la que nos da cada celda de la batería.
--------------
Ciclo que se desarrolla en las reacciones químicas que hemos desarrollado en todos los apartados anteriores
Todos los diagramas de
intercambio de E, de los apartados anteriores podíamos
desarrollarlos gráficamente, pero como ejemplo vamos a
desarrollar el S Oque hemos tratado en el apartado :20.-1-S
O
Las flechas indican un trozo de hipérbola equilátera según hemos dicho en el apartado 5-3 de la 1ª parte del trabajo
Fijarse que los valores indicados en las gráficas no están a escala, porque el radio debe expresarse en metros y estamos hablando de fracciones de Ä, en una franja muy cercana al punto de origen.
El azufre y el oxígeno discurren sus energías por las parábolas equiláteras desde sus estados E- 1 al sus estados E -2 en todo este trayecto al encogerse so radio se rompe los enlaces entre si y aumenta su volumen.
Esta expansión es máxima en el punto
E-3 que se forma el nuevo compuesto S Oy todos sus átomos
están separados. El tramo E-3 al E- 4 el
S Ova
desprendiendo E-(3--4) : 291600J/m .
-------------------------------
Los ciclos de los motores de explosión como el de Carnot son realmente el ciclo que acabamos de ver y que se da en toda reacción química, (sea en un recinto cerrado, o abierto, dentro de un émbolo de explosión o en una turbina de vapor)
Fijarse que se puede obtener en este ciclo que acabamos de describir, todas las conclusiones (además de las que hemos tratado en cada apartado) que se saca del estudio de los ciclos de las máquinas de comprensión, Como el ciclo de Carnot.
1ª Cuanto más frío este el punto E-4 más energía se desprenderá en el tramo E-(3-4).
2ª La energía desprendida en E-(3-4), se puede aplicar para gastarla en los tramos E-(1-2)
Además estamos hablando de ciclos reales no ideales, no ideales como son los actuales libros de máquinas térmicas.
...................
Hemos tratado, esta segunda parte de la de la Termodinámica. En próximo estudio trataremos la Termodinámica desde otra punto de vista, complementario con el descrito en estas líneas y tan revolucionario
Autor:
Fernando Satue Romero
Localidad: Valencia- 46021 (España)
NOTA para las personas que tengan que imprimir este artículo.
Les mando esta segunda versión revisada y ampliada de la anterior. Les agradeceré que si algún punto de este artículo, no les parece claro, que manden un e -mail ( ) y trataré de aclararlo. En la segunda parte "Termoquímica" es bastante extensa y un poco repetitiva en algunos de sus puntos, sin embargo es más práctica que la primera versión. Esta parte como hay muchas ecuaciones de energía parecidas, puede ser que en alguna de ellas haya cometido algún error de cálculo o de confusión con otra parecida.
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