Conceptos Esenciales de Fisicoquímica: Leyes y Equilibrios

1. Primer Principio de la Termodinámica

Si un sistema se somete a cualquier transformación cíclica, el trabajo producido en el entorno debe coincidir con el calor que fluye del entorno. La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma.

2. Ecuación de Clapeyron

La ecuación de Clapeyron es una forma de caracterizar el cambio de fases entre un líquido y un sólido.

Deducción

Consideramos un punto cualquiera sobre la línea de equilibrio entre las dos fases. Para una sustancia pura, en un punto sobre la curva de equilibrio de dos fases, cualquier variación que suponga un desplazamiento sobre dicha curva implica una modificación en las variables de estado. Reagrupando términos y considerando un cambio de fase reversible a T y P constantes, se obtiene la relación fundamental del equilibrio de fases.

3. Principio de Le Châtelier

Si un sistema químico que se encuentra en equilibrio experimenta un cambio en la concentración, en la temperatura (T), en el volumen (V) o en la presión parcial, el sistema variará para contrarrestar dicho cambio.

Efecto de la temperatura

Si aumenta la T en un sistema en equilibrio, este se reorganizará de manera que se absorba el exceso de calor. En la representación estequiométrica, la reacción se desplazará en un sentido u otro:

• Reacción exotérmica: Libera calor. El equilibrio se desplaza hacia la izquierda al aumentar la temperatura.
• Reacción endotérmica: Absorbe calor. El equilibrio se desplaza hacia la derecha al aumentar la temperatura.

Efecto de la presión

Las variaciones de presión solo afectan a los equilibrios en los que intervienen gases y cuando hay variaciones de volumen en la reacción. Por ejemplo, si 4 moles de reactivos dan origen a 2 moles de producto, un aumento de presión desplazará el equilibrio hacia la derecha, favoreciendo la formación de amoníaco, ya que es la dirección que conlleva una disminución de volumen.

4. Ley de Henry

Esta ley establece que la solubilidad de un gas en agua depende de la presión parcial del gas y de la temperatura, introduciendo el concepto de la constante de Henry. Es fundamental para:

• La fabricación de aguas minerales y bebidas gaseosas.
• Aplicaciones en cuestiones ambientales y de tratamiento de aguas.