Conceptes Clau de Termodinàmica i Cinètica Química

Termodinàmica: Conceptes Fonamentals

Sistema: quantitat de matèria que aïllem de la resta de l'Univers per estudiar-la.

Fase: regió del sistema que presenta unes propietats i una composició homogènies.

Funcions d'estat: variables d'estat el valor de les quals depèn només de l'estat inicial o final del sistema, però són independents del camí a seguir. Inclouen:

• Temperatura (T)
• Volum (V)
• Pressió (P)
• Energia Interna (U)
• Entalpia (H)
• Entropia (S)
• Energia Lliure de Gibbs (G)

Energia interna (U): energia total associada a l'estructura interna d'un sistema. És la suma de les energies cinètiques i potencials de les partícules que formen el sistema en els seus diferents tipus de moviments. Aquesta energia es transfereix en forma de calor i treball. És funció d'estat i es mesura en Joules (J) o kilojoules (kJ).

Principis de la Termodinàmica

Primer Principi de la Termodinàmica: Conservació de l'Energia

El primer principi de la termodinàmica, o principi de conservació de l'energia, estableix que l'energia d'un sistema es conserva. Quan un sistema passa d'un estat a un altre, la variació d'energia interna del sistema (ΔU) és igual a la suma de la calor (Q) i el treball (W) que intercanvia amb el medi (ΔU = Q + W).

Conceptes d'Entalpia i Reaccions Termoquímiques

Equació termoquímica: reacció química on s'especifica l'estat físic dels reactius i productes i l'energia que s'absorbeix o es desprèn.

Entalpia normal o estàndard de reacció (ΔH°_reacció): variació d'entalpia d'una reacció a pressió constant, en condicions estàndard (298.15 K i 1 atm o 1 bar).

Entalpia normal o estàndard de formació (ΔH°_f): variació d'entalpia que acompanya la formació d'un mol d'un compost a partir dels seus elements en el seu estat habitual i estable en condicions estàndard de pressió i temperatura.

Llei de Hess: la variació d'entalpia d'una reacció és la mateixa tant si la reacció es realitza en una sola etapa com si es verifica en diverses etapes. Les equacions termoquímiques es poden tractar com a equacions matemàtiques.

Energia d'enllaç: energia que cal per trencar un mol d'enllaços en estat gasós.

Entalpia reticular d'un compost iònic: és la variació d'entalpia de formació d'un mol d'un compost iònic a partir dels ions gasosos en condicions estàndard.

Energia de formació d'un compost iònic: energia que es desprèn quan es forma un mol d'un compost iònic a partir dels seus elements en la seva forma més estable en condicions estàndard.

Entropia i Espontaneïtat

Entropia (S): mesura el grau de desordre d'un sistema. És una funció d'estat i es mesura en Joules per Kelvin i mol (J/K·mol).

Segon Principi de la Termodinàmica: Entropia i Espontaneïtat

El segon principi de la termodinàmica estableix que es produiran espontàniament aquells processos en què l'entropia de l'Univers augmenta. L'entropia total de l'Univers tendeix a un màxim.

Tercer Principi de la Termodinàmica: Entropia Absoluta

El tercer principi de la termodinàmica afirma que en un sòlid cristal·lí perfectament ordenat i a 0 Kelvin (0 K), l'entropia és nul·la (S=0).

Energia lliure estàndard de formació (ΔG°_f): variació d'energia lliure en la formació d'un mol d'un compost a partir dels seus elements, tots en condicions estàndard.

Cinètica Química: Velocitat i Mecanismes de Reacció

Velocitat de reacció: quantitat que es transforma per unitat de temps i de volum, o canvis de concentració d'una substància que intervé en la reacció per unitat de temps.

Estat de transició: estat entremig amb suficient energia per trencar els enllaços dels reactius i formar-ne de nous. S'han afeblit els enllaços dels reactius i es comencen a formar els enllaços que després apareixeran en els productes.

Mecanisme d'una reacció: el conjunt d'etapes elementals a través de les quals els reactius es transformen en productes. Les reaccions elementals tenen lloc en una sola etapa. En aquestes, l'ordre de la reacció i la molecularitat coincideixen.

Molecularitat: nombre d'àtoms, molècules o ions que intervenen en una reacció elemental.

Equilibri Químic

Equilibri químic: només pot donar-se en reaccions químiques reversibles en sistemes tancats. Una reacció química arriba a l'equilibri quan s'igualen les velocitats directa i inversa de la reacció. En aquest moment, les concentracions de reactius i productes no varien amb el temps. Es pot arribar a un estat d'equilibri des de qualsevol extrem de la reacció. L'equilibri és dinàmic, es produeixen continus canvis en tots dos sentits però a la mateixa velocitat. La temperatura és una de les variables que controlen l'equilibri.

Principi de Le Chatelier

El principi de Le Chatelier estableix que si en un sistema en equilibri es modifica alguna de les variables que el determinen (pressió, temperatura o concentració), l'equilibri es desplaça en el sentit que tendeix a oposar-se a aquesta variació.