Fundamentos de Termodinámica y Equilibrio Químico: Conceptos Clave

Conceptos Fundamentales de Termodinámica

El calor se define como la transferencia de energía desde un cuerpo de mayor temperatura hacia uno de menor temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico.

Calorimetría y Entalpía

• Calorímetro: Sistema adiabático que no intercambia calor con el ambiente (Q_total = 0). Se utiliza para medir intercambios de calor a presión constante.
• Entalpía (ΔH): Función de estado que depende únicamente del estado inicial y final del sistema, así como de la cantidad de sustancia, temperatura y presión.
• Ecuación fundamental: ΔH = m · C_esp · ΔT, donde C_esp es el calor específico.
• Densidad: D = m / V.

Para medir la energía intercambiada en la combustión se utiliza una bomba calorimétrica.

Propiedades Térmicas

• Calor específico: Energía necesaria para que la unidad de masa de una sustancia eleve su temperatura 1 °C. Es una propiedad intensiva.
• Capacidad calorífica: Energía necesaria para aumentar la temperatura 1 °C, dependiendo de la cantidad de materia. Es una propiedad extensiva.

Leyes de la Termoquímica

La energía intercambiada es independiente de si el proceso se produce en una o varias etapas:

• Si se multiplica la ecuación química, la entalpía también se multiplica.
• Si se invierte un proceso, el signo de la entalpía también se invierte.

Equilibrio Químico

Se caracteriza por la constancia en las propiedades macroscópicas. Para alcanzarlo, el sistema debe ser cerrado y el proceso reversible.

Factores que modifican el estado de equilibrio

• Concentración: Si se agrega una sustancia, el sistema favorece el sentido de consumo hasta recuperar el equilibrio. Si se retira, se favorece la producción para recomponer el valor de la constante K_c.
• Temperatura: El aumento de temperatura favorece la reacción endotérmica y viceversa. Es el único factor que modifica el valor de la constante de equilibrio.

Equilibrio en Solución Acuosa: Ácidos y Bases

Teorías Ácido-Base

• Brønsted-Lowry: Ácido es la sustancia que cede H⁺; base es la sustancia que acepta H⁺.
• Lewis: Ácido es la sustancia capaz de aceptar un par electrónico; base es la que cede un par electrónico.

Disociación

• Ácidos y bases fuertes: Se disocian totalmente en solución acuosa (ejemplos: HCl, HNO₃, H₂SO₄).
• Ácidos y bases débiles: Se disocian parcialmente, alcanzando un estado de equilibrio reversible.

Para estos casos, se plantea la constante de disociación ácida (K_a) o la constante básica (K_b), las cuales operan bajo los mismos principios que la constante de equilibrio K_c.