Fundamentos de las Transformaciones Químicas y Principios Termodinámicos

Fundamentos de las Reacciones Químicas

Las reacciones químicas son las transformaciones que sufren las sustancias mediante una readaptación de sus enlaces. Los reactivos se convierten en productos a través de este proceso. Estas transformaciones se representan mediante ecuaciones químicas, de manera similar a como los compuestos se representan con fórmulas químicas.

Teorías Explicativas de las Reacciones

Teoría de las Colisiones

Para que una reacción química se produzca, es necesario que el choque entre moléculas sea eficaz. Esto requiere dos condiciones fundamentales:

• Las moléculas reaccionantes deben poseer energía suficiente.
• Las moléculas que colisionan deben hacerlo con la orientación adecuada.

Teoría del Estado de Transición

Esta teoría postula que la reacción transcurre a través de una etapa intermedia. En este estado, los enlaces de los reactivos comienzan a romperse y se inicia la formación de los productos. A este estado se le denomina estado de transición, y al agregado molecular complejo que lo conforma se le llama complejo activado.

Conceptos Clave en la Estequiometría y Medición

Coeficientes Estequiométricos

Son los números que se colocan delante de cada uno de los compuestos o elementos que intervienen en una reacción química para balancearla. Indican la proporción molar de las sustancias participantes.

Factores de Conversión

Los factores de conversión son relaciones expresadas en forma de fracción, derivadas de la información suministrada por la ecuación química. Existen dos tipos principales:

• Unitarios: Establecen información respecto a una sola sustancia presente en la ecuación química.
• Interactivos: La información que proporcionan se refiere a dos sustancias diferentes involucradas en el proceso.

Rendimiento y Riqueza

• Rendimiento: Se define como la relación entre la cantidad de producto obtenida experimentalmente y la cantidad que teóricamente debería haberse obtenido.
• Riqueza: Indica la cantidad de una sustancia pura presente en una muestra determinada.

Termodinámica Química: Energía y Espontaneidad

Tipos de Reacciones según el Intercambio de Calor

• Reacciones Exotérmicas: Son aquellas que desprenden calor al entorno.
• Reacciones Endotérmicas: Requieren un aporte energético externo para poder llevarse a cabo.

Sistema Material y Variables Termodinámicas

Sistema Material

Se refiere a aquella parte del universo que estamos estudiando en un proceso químico. En un momento dado, será la sustancia que reacciona y que observamos.

Variables Termodinámicas y de Estado

• Variables Termodinámicas: Proporcionan información sobre la situación del sistema en un momento dado. Su valor numérico se modifica a medida que el sistema evoluciona.
• Variables de Estado: Son aquellas capaces de describir completamente el estado del sistema material en cada instante.

Principios de la Termodinámica

Primer Principio de la Termodinámica

Establece que, en un proceso químico, la variación de la energía interna de un sistema es igual a la suma del calor desprendido o absorbido por el sistema y el trabajo realizado por o sobre el sistema. Sus aplicaciones incluyen:

• Procesos a temperatura constante (isocóricos).
• Procesos a volumen constante (isobáricos).
• Procesos a presión constante (isotérmicos).

Segundo Principio de la Termodinámica

Afirma que, en los procesos espontáneos, la entropía del universo tiende a aumentar.

Tercer Principio de la Termodinámica

Sostiene que, cuando una sustancia se encuentra a una temperatura de 0 Kelvin (cero absoluto) en forma de cristal perfecto, su entropía es nula.

Entalpía y Ecuaciones Termoquímicas

Ecuaciones Termoquímicas

Si un proceso ocurre a presión constante, el calor intercambiado entre el sistema y el entorno se expresa indicando la variación de entalpía que ha tenido lugar durante la reacción.

Entalpía

La entalpía equivale al calor específico absorbido o desprendido por un sistema cuando se produce una reacción a presión constante. Representa la diferencia entre el contenido energético de los productos y el de los reactivos.

Ley de Hess

Esta ley establece que cuando una reacción química puede expresarse como una suma algebraica de otras reacciones, su calor de reacción será igual a la suma algebraica de los calores de reacción de las reacciones parciales.