• Author / Uploaded
• LIz PErz

Citation preview

TEMAS SELECTOS DE QUIMICA I CONTENIDO: UNIDAD I: MODELO CINETICO MOLECULAR UNIDAD II: CINETICA QUIMICA UNIDAD III: CONCEPTO DE TERMODINAMICA

UNIDAD I: MODELO CINETICO MOLECULAR. CARACTERISTICAS DE LOS GASES. Todos los gases están formados por partículas llamadas moléculas. Dependiendo del gas, cada molécula puede estar formada por átomos iguales, cómo en el caso del hidrogeno (H2) o un grupo de átomos, como el gas amoniaco (NH3).si el gas es un elemento o un compuesto en su estado estable, se considera que todas sus moléculas son idénticas. Los gases tienen ciertas propiedades características, y son: *se mezclan completamente y de una manera uniforme. (Difusión) *son fáciles de comprimir. *se expanden hasta llenar el recipiente que los contiene. *ocupan mucho más espacio del que presentan los sólidos o líquidos de la materia de donde provienen, presentando poca densidad; esto es, poca masa por unidad de volumen.

DESCRIPCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS GASES DIFUSIÓN. Es una propiedad de los gases y se produce a causa de la agitación de las partículas de un gas que invade el espacio ocupado por otro gas que puede ser el aire, donde sus partículas también están repartidas por todo el volumen del recipiente. ¿CÓMO SE PRESENTA UNA DIFUSIÓN? Es una mezcla gradual de las moléculas de un gas con moléculas de otro en virtud de sus propiedades cinéticas, constituye unas demostración directa del movimiento aleatorio.la difusión siempre procede de una región de mayor concentración a otra menos concentrada. A pesar de que las velocidades moleculares son muy grandes, el proceso de difusión toma un tiempo relativamente grande para complementarse. Por ejemplo una botella de solución de amoniaco concentrado, se abre a un extremo de la mesa de laboratorio, as un tiempo antes de que una personas que esté en el otro

extremó de la mesa pueda olerlo .la razón es que las moléculas experimentan numerosas colisiones mientras se están desplazando desde uno a otro extremo siempre sucede de forma gradual, y no en forma instantánea, como parecían sugerir las velocidades moleculares. Un gas, ligero se difundirá atreves de un cierto espacio más rápido que una más pesado. COMPRESIÓN. Los sólidos a nivel molecular son muy difíciles de comprimir, ya que las moléculas que tiene los sólidos están muy unidos y existe poco espacio libre entre ellas como para acercarlas sin que aparezcan fuerzas de repulsión fuertes. Esta contrasta con la de los gases, los cuales tienen sus moléculas separadas y generalmente son altamente comprensibles bajos condiciones de presión y temperaturanormales.los líquidos, bajo condiciones de presión y temperatura normales, son también bastantes difíciles de comprimir, aunque presentan una pequeña comprensibilidad mayos que las de los sólidos, EXPANSIÓN. Podemos repetir la experiencia con otros gases, por lo que puede inducir que todos los gases son comprensibles. Luego también podemos aumentar, en medida que el recipiente lo permita el volumen que ocupa el gas, o sea, descomprimirlo (disminuyendo la presión sobre la masa de gas). Una maquina de combustión interna es un buen ejemplo sobre la compresión y la expansión de los gases al utilizar un motor de cuatro tiempos. Admisión del energético, compresión, fuerza de expansión y escape de gases. Cualquiera puede sentir el magnífico olor de un pan horneándose en la cocina, igualmente se podría dar cuenta si alguien rompiera un huevo en, al estado; el mal olor inundaría la cocina debido al acido sulfhídrico; esa propiedad que presenta los gases de llenar los volúmenes donde se encuentran se le conoce como expansión. DENSIDAD En los gases, es la relación que se establece en el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros.se da en g/L. Los gases se forman cuando la energía de un sistema excede las formas de todas las fuerzas de atracción entre moléculas. Así las moléculas de gas interactúan poco, ocasionalmente chocándose. En el estado gaseoso, las moléculas se mueven rápidamente y son libres de circular de cualquier dirección, extendiéndose en largas distancias. a medida que la temperatura aumenta ,la cantidad de movimiento de las moléculas individuales aumenta.los gases se expanden para

llenar sus contenedores y tienen densidad baja. Debido a que las moléculas individuales están ampliamente separadas y pueden circular libremente en el estado gaseoso, los gases pueden se fácilmente comprimidos y pueden tener una forma indefinida.

LEYES DE LOS GASES LEY DE BOYLE-MARLOTTE Considerado por algunos como “el padre de la química moderna”, Robert Boyle (1627-1691) fue el primer científico prominente en desarrollar experimentos controlados, verificables y en publicar sus trabajos con elaborados detalles en lo que concierne a procedimientos, aparatos y equipos. Sus trabajos los hizo formando equipo de trabajo con sus asistentes, aisló por primera vez un gas, fue miembro fundador de la Royal ociety de Londres. La ley de Boyle-marionne(o ley de boyle, como se le conoce a veces),es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante ,y dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión: PV=k K es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes. Cuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta .manteniendo constante la cantidad gas y la temperatura deberá cumplirse la relación:

El postulado de la ley de Boyle Mariotte es el siguiente: a temperatura constante, él volumen de gas, es inversamente proporcional a las presión a que se somete. La expresión matemática de la misma:

Esta ley es una simplificación de la ley de los gases ideales particularizada para procesos isotermos.

Junto con la ley de Charles y Gay-Lussac, y la ley de Boyle forma las leyes de los gases, que describen l conducta del gas ideal .las tres leyes pueden ser generalizadas en la ecuación universal de los gases. LEY DE CHARLES. Jacques Alexandre Cesar Charles (1746-1823) científico y matemático francés. Fue el primero en realizar un viaje en globo aerostático, el 27 de agosto de 1783.Invento varios dispositivos, entre ellos el densímetro (también llamado hidrómetro), aparato que mide la gravedad especifica de los líquidos. Charles fue electo en 1793 como miembro de la academie des sciences, instituto real de Francia .Fue profesor de física hasta su muerte, el 7 de abril de 1823. El postulado de la ley de charles es el que sigue: A presión constante, el volumen de una masa dada de gas varia directamente con la temperatura absoluta. La expresión matemática de la ley de Charles es la siguiente:

LEY DE GAY LUSSAC. Louis Josep Gay-Lussac (1778-1850), químico y físico francés ,es conocido en la actualidad por su contribución a las leyes de los gases .en 1802 ,Gay- Lussac fue el primero en formular la ley según la cual un gas se expande proporcionalmente a su temperatura (absoluta)si se mantiene constante la presión. Esta es conocida en la actualidad como ley de charles. El postulado para la ley de Gay Lussac establece: A volumen constante, la presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura . La expresión matemática para la ley de Lussac es la siguiente:

LEY COMBINADA DE LOS GASES. A partir de la ley combinada de los gases podemos calcular la forma como cambia el volumen, o la presión, o la temperatura, si se conocen las condiciones iniciales

(P 1 V1 T1 ) y se conocen dos de las condiciones finales ;es decir, dos de los tres parámetros: (P2 V2 T2 ) La expresión matemática para la ley combinada de los gases es:

LEY DE DALTON O DE PRESIONES PARCIALES. John Dalton (1766-1844), químico y físico británico, trabajo con eficacia para conseguir la unión entre el concepto de elemento químico y las hipótesis atónicas antiguas, que sirvieron para desarrollar la teoría atómica en la que se basa la ciencia física moderna. Su contribución más importante a la ciencia fue su teoría de que la materia esta compuesta por átomos de diferentes masas que se combinan en proporciones sencillas para formar compuestos .Esta teoría ,que Dalton formulo por primera vez en 1083 ,es la piedra angular de la física moderna .En 1808 se publico su obra Nuevo sistema de filosofía química,(obra que se publico en dos partes la primera en 1808 y la segunda en 1810)que incluia las masas atómicas de varios elementos conocidos en relación con la masa del hidrogeno. Sus masas no eran totalmente precisas pero constituyen la base de la clasificación periódica moderna de los elementos .Dalton llego a su teoría atómica a través del estudio de las propiedades físicas del aire atmosférico y de otros gases .En el curso de la investigación descubrió la ley conocida como ley de Dalton d las presiones parciales, según la cual ,la presión ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales que ejercería cada uno de los gases si el solo ocupara el volumen total de la mezcla. La ley de las presiones parciales que ejercería cada uno de los gases conocida como Ley de Dalton, establece: en una mezcla de gases, la presión total es igual a la suma de las presiones parciales. Ptoltal=P1+P2+P3…

ECUACION DE GAS LINEAL Si se combinan adecuadamente las leyes de Boyle y charles con el principio de Avogadro, se llega a una expresión que relaciona simultáneamente el volumen de determinada cantidad de un gas con la presión y la temperatura del mismo. Esta ecuación recibe el nombre de ecuación de estado o ley de los gases ideales: PV=nRT

R se conoce como la constante universal de los gases ideales y su valor depende de las unidades en que se expresen las diversas cantidades. Por convención, el volumen de un gas se expresa en litros, el valor de n en moles, la temperatura en °K y la presión en atmosferas. El valor de la constante R, para un mol de cualquier gas a condiciones normales se determina a partir de la ecuación anterior así:

MODELO CINETICO MOLECULAR Las leyes de los gases desarrolladas por Boyle, Charles y Gay-Lussac, que establecieron las principales relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura de un gas, están basadas en observaciones empíricas y describen el comportamiento de los gases en términos macroscópicos. Sin embargo, existe otra opción para aproximarse al comportamiento de los gases: a través de la teoría atómica que postula, básicamente, que todas las sustancias están compuestas por un gran número de pequeñas partículas (moléculas o átomos). En principio, las propiedades observables de cualquier gas (presión, volumen y temperatura) están directamente ligadas a las moléculas que lo componen. La teoría cinética molecular consta de cinco postulados que describen el comportamiento de las moléculas en un gas. Estos postulados se basan en algunas nociones físicas y químicas muy simples y básicas, aunque también involucran algunas suposiciones con el fin de simplificar los postulados. POSTULADOS DE LA TEORÍA CINÉTICA MOLECULAR Estos son los principales postulados de la teoría cinética molecular: Un gas consiste en un conjunto de pequeñas partículas que se trasladan con movimiento rectilíneo y obedecen las leyes de Newton. Las moléculas de un gas no ocupan volumen. Los choques entre las moléculas son perfectamente elásticos (esto quiere decir que no se gana ni se pierda energía durante el choque). No existen fuerzas de atracción ni de repulsión entre las moléculas.

El promedio de energía cinética de una molécula es de 3kT/2 (siendo T la temperatura absoluta y k la constante de Boltzmann).

SIGNIFICADO DE LOS POSTULADOS Según el modelo cinético molecular que se toma como válido hoy en día, como decíamos, todo material que vemos está formado por partículas muy pequeñas llamadas moléculas. Estas moléculas están en movimiento continuo y se encuentran unidas por la fuerza de cohesión que existe entre moléculas de una misma materia. Entre una y otra hay un espacio vacío, ya que están en continuo movimiento. Cuando las moléculas están muy juntas y se mueven en una posición fija, las fuerzas de cohesión son muy grandes. Es el estado sólido de la materia. En cambio cuando están algo más separadas y la fuerza de cohesión es menor, lo que les permite cambiar de posición libremente de forma independiente, estamos en presencia de un líquido. En el estado gaseoso, las moléculas están totalmente separadas unas de otras y se mueven libremente. Aquí no existe fuerza de cohesión. La energía de la materia, su fuerza de cohesión y el movimiento de las moléculas dependen de la temperatura. Es por eso que podemos lograr pasar una materia del estado líquido al gaseoso y del sólido al líquido, si aplicamos la cantidad de energía necesaria en forma de temperatura. Esta teoría también describe el comportamiento y las propiedades de los gases. Todos los gases están formados por moléculas que se encuentran en movimiento continuo. Es un movimiento rápido, rectilíneo y aleatorio. Las moléculas de los gases están muy separadas entre sí y no ejercen fuerzas sobre otras moléculas, a excepción de cuando se produce una colisión. Las propiedades de los gases se describen en términos de presión, volumen, temperatura y número de moléculas. Estos son los parámetros que se usan para definir a los gases.

CARACTERISTICAS DEL ESTADO LÍQUIDO DE LA MATERIA. El estado líquido es uno de los estados de agregación de la materia; un liquido es fluido cuyo volumen es constante, y su forma es definida por su contenedor. Un liquido ejerce presión en el contenedor con igual magnitud hacia todos lados. Los líquidos presentan tensión superficial y capilaridad, generalmente se expanden cuando se incrementa su temperatura y se comprimen cuando se enfrían .los objetos inmersos en algún liquido son sujetos a un fenómeno conocido como flotabilidad. Las moléculas en el estado liquido ocupan posiciones al azar que varían con el tiempo .las distancias intermoleculares son constantes dentro de un estrecho margen. Cuando un liquido sobre pasa su punto de ebullición cambia su estado a gaseoso, y cuando alcanza su punto de congelación cambia a solido. Por medio de la destilación fraccionada, los líquidos pueden separarse de entre si evaporarse cada uno al alcanzar sus respectivos puntos de ebullición. La cohesión entre moléculas de un liquido no es lo suficientemente fuerte por lo que las moléculas de un liquido no es suficiente fuerte por lo que las moléculas de un liquido no es suficientemente fuerte por lo que las moléculas superficiales se pueden evaporar. Las moléculas de los líquidos no están tan próximas como la de los sólidos, pero están menos separadas que la de los gases .En algunos líquidos, las moléculas tienen una orientación preferente ,lo que hace que el liquido presente propiedades anisótropas(propiedades ,como el índice de refracción, que varían según la dirección dentro del material).En condiciones apropiadas de temperatura y presión ,la mayoría de las sustancias puede existir en estado liquido. A presión atmosférica, sin embargo, algunos sólidos se subliman al calentarse; es decir, pasan directamente del estado sólido al estado gaseoso .La densidad de los líquidos suele ser algo menos que la densidad de la misma sustancia en estado sólido. Algunas sustancias, como el agua, son más densas en estado líquido. PRESION DE VAPOR. También conocida como presión de saturación, es la presión a la que a cada temperatura la fase liquida y vapor se encuentran en equilibrio dinámico; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan

ambas. En la situación del equilibrio, las fases reciben la denominación de líquidos saturados y vapor saturado. PUNTO DE EBULLICION. es la temperatura que debe alcanzar una sustancia para pasar del estado liquido al estado gaseoso; para el proceso inverso se denomina punto de condensación.la definición exacta de punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor iguala a la presión atmosférica .por ejemplo, a nivel del mar la presión atmosférica es de 1atm o 760 mmHg, el punto de ebullición del agua a esta presión será de 100C porque esa temperatura la presión de vapor alcanza una presión de 1atm. La temperatura de una sustancia o cuerpo es una medida de la energía cinética de las moléculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, solo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene anergia suficiente para romper la tensión superficial y escapar. Al llegar al punto de ebullición, la mayoría de las moléculas son capaces de escapar desde todas partes del cuerpo, no solo de la superficie. Sin embargo, para la creación de burbujas en todo el volumen de líquido se necesitan imperfecciones o movimiento, precisamente por el fenómeno de la tensión superficial. La temperatura se mantiene constante durante todo el proceso de ebullición, y el aporte de mas energía produce que aumente el numero de moléculas que escapan de un liquido .Este hecho aprovecha en la definición de la escala de la temperatura en grados centígrados. Un liquido puede calentarse pasado su punto de ebullición .En este caso se dice que es un liquido supercalentedo,una pequeña perturbación provocara una ebullición explosiva .Esto puede ocurrir,por ejemplo al calentar agua en un recipiente liso en un microondas.Al echar azúcar en esta agua sobrecalentada,el contenido completo puede ebullir en la cara del usuario,causando quemaduras. El punto de ebulliciondepende de la masamolecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia .para ello se debe determinar si la sustancia es covalnte polar,covalente no polar,y determinar el tipo de enlaces(dipolo permanente-dipolo permanente,dipolo inducido –dipolo inducido o puentes de hidrogeno) En el agua ,el punto de abullicion se alcanza cuando la presión atmosférica se iguala a la presión de vapor ,generando ebullición.

PUNTO DE CONGELACIÓN. En un liquido, es la tmeperratura a la que dicho liquido se solidifica debido a una reducción de la masa.el proceso inverso se denomina punto de fusión .el agua presenta ambos puntos,de congelación y de fusión,iguales 0°C(32°F). TENSION SUPERFICIAL. En fisica se le denomina tension superficial al fenómeno por el cual la superficie de un liquido tiende a comportarse como si fuera una delgada películas elástica.Este efceto permite a algunos insectos, desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. ¿QUÉ CAUSA LA TENCION SUPERFICIAL? A nivel microoscopico,la tensión superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molecula son diferentes en el interior del liquido en la superficie .Asi,en el seno de un liquido de cada molecula esta sometida a fuerzas de atracción que en promedio se anulan.Esto permite que la molecula tenga una energía bastante baja.sin e,bargo en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del liquido.Rigurosamente,si en el exterior del liquido se tiene un gas ,existirá una minima fuerza atractiva hacia el exterior,aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia de densidades entre liquido y gas. DENSIDAD. La masa y el volumen son propiedades generales o extensivas de la materia;es decir,son comunes a todos los cuerpos materiales y además dependen de la cantidad o extensión del cuerpo.En cambio la densidad es una propiedad característica,ya que permite identificar distintas sustancias. ¿Cómo se determina la densidad? La densidad de una sustancia es el cociente de la masa y el volumen: Densidad=masa/volumen d=m/V A esta densidad se le denomina absoluta. ¿Cuál es la densidad relativa? La densidad relativa o aparente expresa la relación entre la densidad de una sustancia y la densidad del agua, resultando una magnitud adimensional.la densidad del agua tiene un valor de 1kg/l-a las condiciones de 1atm y 4°c

equivalente a un kg/m3.aunque la unidad en el sistema internacional de mediadas es kg/m3, también es costumbre expresar la densidad de los liquidos en g/cm3.

CARACTERISTICAS GENERALES DEL ESTADO SOLIDO DE LA MATERIA. Los solidos se forman cuando las fuerzas de atracción entre moléculas individuales son mayores que la energía causante de que se separen .Las oleculas individuales se encierran en su posición y se quedan en su luegar sin poder moverse.aunque los atomos y las moléculas de los solidos se mantienen en movimiento,este se limita a una energía de vibración y las moléculas individuales se mantienen fijas en su lugar ,donde vibran unas al lado de otras.A medida que la temperatura de un solido aumenta ,la cantidad de vibración aumenta,pero el solido mantiene su forma y volumen,ya que las moléculas están encerradas en su lugar y no interactúan entre si . Debido a lo anterior, las sustancia solidas se caracterizan por que tienen un volumen y una forma determinada.hacer que modifique su forma sueles ser difícil:son indeformables,aunque algunas son relativamente elásticos.como las fuerzas intermoleculares son muy intensas,estas partículas están ordenadas espacialmente,fijas en unas posiciones determinadas.por eso se dice que tienen estructura interna cristalina. Los solidos se clasifican en dos tipos de sustancias solidas: sustancias cristalinas y sustancias amorfas. SUSTANCIAS AMORFAS. Los vidrios y plásticos carecen de estructura interna cristalina,se dice que son sustancias amorfas y no se consideran solidos,sino liquidos con viscosidas (resistencia a fluir,debida al rozamiento entre sus moléculas)muy alta,tan altaque no pueden fluir,y por eso presentan siempre las misma forma,como si fueran solido. SUSTANCIAS CRISTALINAS. A veces esa estructura interna cristalina se manifiesta externamente como una figura geométrica:un poliedro mas o menos perfecto:son los solidos cristalizados o cristales.en la naturaleza se presntan como minerales.

UNIDAD II: CINETICA QUIMICA VELOCIDAD DE REACCION Es una reacción química como la cantidad de substancias formadas, si tomamos como referencia un producto, o transformada, si es un reactivo por unidad de tiempo. La velocidad de reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den choques entre las moléculas de reactivo, y la velocidad es mayor. a medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de choques y con ella la velocidad de la reacción. .TEORÍA DE LAS COLISIONES Las reacciones ocurren cuando hay choques entre moléculas donde la rapidez de la reaccioón es proporcional al número de choques por unidad de tiempo, multiplicado por el número total de choques.

FACTORES QUE MODIFICAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Efecto de concentración Cuanto mayor sea el número de moléculas en un mismo volumen podrán facilmente chocar, asi mismo entre más choques, es más probable tener un choque efectivo que haga la transformación de moléculas. Efecto temperatura Las moléculas forman parte de una vibración continua con una energía cinética proporcional a la temperatura absoluta. Aumenta la temperatura, la energía cinética también con lo que se provocan choques violentos con energía suficiente que supera la energía de activación.

Efecto Catalizador Son substancias que incrementan la valocidad de la reacción sin ella misma alterarse. No aumenta la energía cinética para proteger la energía de activación con lo cual la transformación es más sencilla. El catalizador se convina con otros reactivos e intermedios que reaccionan con más facilidad. Efecto del grado división El grado de división del reactivo es distinto en los estados físicos de la materia. Cuanto más dividido se encuentre el reactivo mayor es el número de moléculas expuestas al choque y aumentan los choques efectivos.

EQUILIBRIO QUÍMICO En un proceso químico, el equilibrio químico es el estado en el que las actividades químicas o las concentraciones de los reactivos y los productos no tienen ningún cambio neto en el tiempo. Normalmente, este sería el estado que se produce cuando el proceso químico evoluciona hacia adelante en la misma proporción que su reacción inversa. El concepto de equilibrio químico fue desarrollado después de que Berthollet (1803) encontrase que algunas reacciones químicas son reversibles. Para que una reacción, tal como

REVERSIBILIDAD DE LAS REACCIONES QUÍMICAS Procede hacia adelante y atrás. El reactante y el producto cambian roles sin añadir químicos. aA + bB ⇌ cC + dD los productos C y D son producidos por los reactanes A y B, pero C y D pueden reaccionar para formar A y B. En una reacción irreversible el equilibrio químico los estados son cambiados tan cerca de los productos o los reactantes que la reacción efectivamente no tiene un equilibrio entre los productos y los reactantes. Por lo tanto, las reacciones irreversibles pueden ser vistas como un extremo, “casos especiales” de reacciones reversibles. Las reacciones irreversibles son frecuentemente llamadas “espontáneas” o “favorables”. Estas reacciones son frecuentemente conducidas entrópicamente, como opuestas a conducidas termodinamicamente. En una reacción irreversible, hay generalmente un gran incremento de entropía. LEY DE ACCIÓN DE MASAS

En 1879 Guldberg y Waage crearon la ley de acción de masas, donde la velocidad de la reacción es proporcional a las masas activas en las substancias reaccionantes. Esta ley esta representada por A+B  C + D La velocidad R de la reacción entre A y B es proporcional a las actividades de A y B. Matemáticamente, una proporcionalidad se convierte en una igualdad introduciendo la constante de porpocionalidad. Una formulación matemática de la ley de acción de masas para la reacción entre A y B es: R = kaAaB Dicha ley establece que para una reacción química reversible en equilibrio a una temperatura constante, una relación determinada de concentraciones de reactivos y productos, tienen un valor constante. En una reacción química elemental y homogénea, cuando el cambio de energía libre de Gibbs ΔG = 0 debe cumplirse que

en equilibrio donde la constante de equilibrio Keq

CONSTANTE DE EQUILIBRIO Equiale al producto de las concentraciones de las sustancias formadas en una reacción química reversible que llega al equilibrio, dividido entre el producto de las concentraciones de las sustancias que reaccionan, elevada cada una a un exponente igual al coeficiente que precede a su respectiva fórmula en la ecuación química ajustada. Sea la reacción reversible entre los reactivos A y B para dar los productos de reacción C y D, según: aA + bB ⇄ cC + dD siendo A, B, C y D especies químicas cualesquiera y [A], [B], [C] y [D] sus concentraciones respectivas expresadas en mol/litro. Todo equilibrio químico es un proceso que desde un punto de vista mecanístico, incluye la interconversión de varias especies. Si planeamos una ecuación de tipo

cinético existirá una reacción directa que provocará la creación de productos, mientas que la reacción inversa provocará la regeneración de los reactantes.

PRINCIPIOS DE LE CHATELIER Si un sistema químico en equilibrio experimenta un cambio en la concentración, temperatura, volumen o la presión parcial, entonces el equilibrio se desplaza para contrarrestar el cambio impuesto. Este principio es equivalente al principio de la conservación de la energía. Cuando algún factor que afecte al equilibrio varía, éste se altera al menos momentáneamente. Entonces el sistema comienza a reaccionar hasta que se reestablece el equilibrio, pero las condiciones de este nuevo estado de equilibrio son distintas a las condiciones del equilibrio inicial. Se dice que el equilibrio se desplaza hacia la derecha o a la izquierda.

Si se aumenta la presion en el sistema de equilibrio existe menos volumen. En sentido contrario si se disminuye la presión, el equilibrio se irá donde hay más volumen, o sea hacia los reactantes, y estableciéndose un nuevo equilibrio seguidamente. Si aumentamos la concentración de un sistema que se encontraba originalmente en equilibrio químico, el equilibrio de desplazará hacia el lado contrario de la ecuación que ha sido afectado mientras que si la disminuimos ésta se desplazará hacia el lado de la ecuación que ha sido afectado.

UNIDAD III: CONCEPTOS DE TERMODINÁMICA. SISTEMAS TERMODINAMICOS. Sistema Aislado: Es aquel que no intercambia ni materia ni energía con su entorno.Podría ser un gas cerrado en un recipiente de paredes rígidas lo suficientemente gruesas y son los causantes del diabetes como para considerar que los intercambios de energía calorífica sean despreciables ya que por hipótesis no puede intercambiar energía en forma de trabajo. Sistema Cerrado: Es en el que se puede intercambiar energía pero no materia con el exterior. Una lata de sardinas también podrían ser en está clasificación. Sistema Abierto: En esta clase se incluyen la mayoría de sistemas que pueden observarse en la vida cotidiana. Un vehículo motorizado es un sistema abierto, ya que intercambian materia con el exterior cuando es cargado, además intercambia energía con el entorno.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA Esta ley se expresa Como: Eint = Q - W Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado por el sistema (W) Notar que el signo menos en el lado derecho de la ecuación se debe justamente a que W se define como el trabajo efectuado por el sistema. Para entender esta ley, es útil imaginar un gas encerrado en un cilindro, una de cuyas tapas es un émbolo móvil y que mediante un mechero podemos agregarle calor. El cambio en la energía interna del gas estará dado por la diferencia entre el calor agregado y el trabajo que el gas hace al levantar el émbolo contra la presión atmosférica. ENERGÍA INTERNA La energía interna de un sistema, es el resultado de la energía cinética de las moléculas o átomos que lo constituyen, de su energía de rotación y vibración, además de la energía potencial intermolecular debida a las fuerzas de tipo

gravitatorio, electromagnético y nuclear, que constituyen conjuntamente las interacciones fundamentales. Convencionalmente, cuando se produce una variación de la energía interna sin que se modifique la composición química del sistema, se habla de variación de la energía interna sensible. Si se produce alteración de la estructura atómicamolecular, como es el caso de las reacciones químicas, se habla de variación de la energía interna química. Finalmente, en las reacciones de fisión y fusión se habla de energía interna nuclear. En todo sistema aislado (que no puede intercambiar energía con el exterior), la energía interna se conserva (Primer Principio de la Termodinámica). En termodinámica se deduce la existencia de una ecuación de la forma

ENTALPÍA

La Entalpía es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno. Por ejemplo, en una reacción química a presión constante, el cambio de entalpía del sistema es el calor absorbido o desprendido en la reacción. En un cambio de fase, por ejemplo de líquido a gas, el cambio de entalpía del sistema es el calor latente, en este caso el de vaporización. En un simple cambio de temperatura, el cambio de entalpía por cada grado de variación corresponde a la capacidad calorífica del sistema a presión constante. El término de entalpía fue acuñado por el físico alemán Rudolf J.E. Clausius en 1850. Matemáticamente, la entalpía H es igual a U + pV, donde U es la energía interna, p es la presión y V es elvolumen. H se mide en julios. H = U + pV Cuando un sistema pasa desde unas condiciones iniciales hasta otras finales, se mide el cambio de entalpía ( Δ H). ΔH = Hf – Hi La entalpía recibe diferentes denominaciones según el proceso, así: Entalpía de reacción, entalpía de formación, entalpía de combustión, entalpía de disolución, entalpía de enlace, etc;

REACCIÓN EXOTÉRMICA Y ENDOTÉRMICA Durante las reacciones químicas puede producirse absorción o liberación de energía. Esto indica que tanto los reaccionantes como los productos contienen calor que es característico de su masa. El contenido de calor es una medida de la energía que está acumulada por una sustancia durante su formación.

Reacciones endotérmicas: son aquellas reacciones que absorben calor, lo que significa que la energía de las moléculas de los productos (EP) es mayor que la energía de las moléculas de los reaccionantes (ER). La reacción para obtener N2O es un proceso endotérmico que requiere calor para unir al nitrógeno y el oxígeno, la cantidad de calor se representa en Kcal. 2N2(g) + O2(g) + 39 Kcal 2N2O(g).

Reacciones exotérmicas: son aquellas reacciones donde se libera calor, esto significa que la energía de las moléculas de los productos (EP) es menor que la energía de las moléculas de los reaccionantes (ER). La combustión del metano es una reacción de tipo exotérmico: CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) + 213 Kcal.

ENTALPÍAS DE FORMACIÓN La entalpía de formación (ΔfH0) de un compuesto químico es la variación de entalpía de la reacción de formación de dicho compuesto a partir de las especies elementales que lo componen, en su forma más abundante. Por ejemplo, la entalpía de formación del agua, formada por hidrógeno y oxígeno, sería equivalente a la entalpía de reacción de hidrógeno diatómico y oxígeno diatómico. Así, la entalpía de formación de un compuesto es la energía necesaria para formar un mol de dicho compuesto a partir sus elementos, medida, normalmente, en unas condiciones de referencia estándar, 1 atm de presión y una temperatura de 298 K (25 °C). Esta entalpía es negativa cuando se trata de una reacción exotérmica, que desprende calor, mientras que es positiva cuando es endotérmica, y resulta nula para los compuestos diatómicos.

ENTALPÍAS DE REACCIÓN La entalpía de reacción, que representa la variación de energía de la reacción, es la energía intercambiada en forma de calor con el entorno cuando se produce una reacción a presión constante. Se mide en o en de la reacción tal como está escrita su ecuación química, o respecto a alguno de los compuestos que intervienen en la reacción. ENTALPÍA DE REACCIÓN ESTÁNDAR La energía de reacción estándar (representada por ΔHrO es la diferencia entre la entalpía molar estándar de los reactivos y de los productos, con cada término de la reacción siendo balanceado con su coeficiente estequiométrico apropiado .

ENTALPÍA DE FORMACIÓN ESTÁNDAR La entalpía de reacción estándar (representada por ΔHfO) de formación (f), es el cambio de entalpía que acompaña a la formación de un mol compuesto en su estado estándar a partir de sus constituyentes elementales también en su estados estándar.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA La primera ley nos dice que la energía se conserva. Sin embargo, podemos imaginar muchos procesos en que se conserve la energía, pero que realmente no ocurren en la naturaleza. Si se acerca un objeto caliente a uno frío, el calor pasa del caliente al frío y nunca al revés. Si pensamos que puede ser al revés, se seguiría conservando la energía y se cumpliría la primera ley. En la naturaleza hay procesos que suceden, pero cuyos procesos inversos no. Para explicar esta falta de reversibilidad se formuló la segunda ley de la termodinámica, que tiene dos enunciados equivalentes: Enunciado de Kelvin - Planck : Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito y la realización de una cantidad igual de trabajo. Enunciado de Clausius: Es imposible construir una máquina cíclica cuyo único efecto sea la transferencia continua de energía de un objeto a otro de mayor temperatura sin la entrada de energía por trabajo. ENERGÍA LIBRE DE GIBBS En termodinámica, la energía libre de Gibbs o entropía libre es un potencial termodinámico, es decir, una función de estado extensiva con unidades de energía, que da la condición de equilibrio y de espontaneidad para una reacción química (a presión y temperatura constantes). La segunda ley de la termodinámica postula que una reacción química espontánea hace que la entropía del universo aumente, ΔSuniverso > 0, así mismo ΔSuniverso esta en función de ΔSsistema y ΔSalrededores. Por lo general sólo importa lo que ocurre en el sistema en estudio y; por otro lado el cálculo de ΔSalrededores puede ser complicado. Por esta razón fue necesario otra función termodinámica, la energía libre de Gibbs, que sirva para calcular si una reacción ocurre de forma espontánea tomando en cuenta solo las variables del sistema.

Contenido de calor; T es la temperatura y S es la entropía del sistema. Fue desarrollada en los años 1870 por el físico-matemático estadounidense Williard Gibbs. ESPONTANEIDAD DE UN PROCESO Un proceso espontáneo es, en termodinámica, la evolución en el tiempo de un sistema en el cual se libera energía libre, usualmente en forma de calor, hasta alcanzar un estado energético más estable. La convención de signos en los cambios de la energía libre sigue la convención general para medidas termodinámicas, en la cual una liberación de energía libre desde el sistema corresponde a un cambio negativo en la energía libre, pero un cambio positivo para los alrededores. Un proceso espontáneo es capaz de proceder en una dirección dada, tal como se escribe o es descrita, sin necesidad de que dicho acto sea realizado por una fuente exterior de energía. El término es usado para referirse a procesos macroscópicos en los cuales la entropía se incrementa; tal como la difusión de una fragancia en un cuarto, la fusión de hielo en in agua tibia, la disolución de sal en agua, o la oxidación del hierro. Las leyes de la termodinámica gobiernan la dirección de un proceso espontáneo, asegurando que si un número suficientemente grande de interacciones individuales (como átomos colisionando) están involucrados, entonces la dirección del proceso siempre estará en la dirección del incremento de entropía (debido a que el incremento de la entropía es un fenómeno estadístico).

LEY DE HESS El químico suizo German Henry Hess (1802-1850) tuvo una gran contribución para la química, más específicamente para la Termoquímica, sus estudios abarcan la entalpía de reacciones químicas. Gracias a este científico es posible calcular la variación de entalpía, la Ley de Hess recibió este nombre en homenaje a su creador y tiene la siguiente definición:

Para una reacción dada, la variación de entalpía depende apenas del estado inicial de los reactivos y del estado final de los productos, este esa reacción ocurriendo en una o varias etapas. Cuando la reacción química ocurre en uno o más de una etapa, la variación de energía térmica en ese proceso es constante, pues la variación de energía depende apenas de las propiedades de las sustancias en los estados inicial y final. La ley de Hess es bastante utilizada para determinar indirectamente calor de reacción. El total de calor liberado o absorbido en las reacciones sucesivas A — > B y B— > C es equivalente al calor liberado o absorbido en la reacción A — > C Análogamente, podemos decir que: “La variación de entalpía, o sea, cantidad de calor liberada o absorbida por un proceso solo depende del estado final del proceso no dependiendo de sus etapas intermedias” A–>B—>D—>C – calor completo – q1 A–>B—>C – calor completo – q2 A—>C – calor completo – q3 q1 = q2 = q3 El calor liberado o absorbido en la reacción A — > C depende apenas del contenido energético de A y C. La variación de entalpía en una reacción, también funciona así: ella depende apenas del estado inicial y final de los estados intermedios. Ahora veamos la aplicación de la Ley de Hess en el pasaje del agua del estado líquido para el estado gaseoso. La variación de entalpía es representada por ∆H: H20(l) – > H20(g)

∆H = + 44 KJ

Reparemos que en esta ecuación el pasaje de 1 mol de H20(l) para el estado gaseoso fue realizada en una única etapa, veamos ahora como obtener el mismo producto en dos etapas:

La ecuación global nos permite verificar que el ∆H (final) de una reacción puede ser obtenido por la suma algebraica de los ∆H de reacciones intermedias.

BIBLIOGRAFIA http://www.cobachsonora.edu.mx/portal/modulos-5sem/fp5stsq1.pdf http://curiosidades.batanga.com/2011/05/16/teoria-cineticamolecular https://es.scribd.com/doc/68265036/Temas-Selectos-deQuimica http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/ley-de-hess