Conceptos Clave de Química: Nomenclatura Orgánica, Equilibrio y Espontaneidad

Nomenclatura de Compuestos Orgánicos

A continuación, se presentan ejemplos de la nomenclatura IUPAC para diversas moléculas orgánicas:

• CH3–C≡C–C(CH3)2–CH3: 4,4-Dimetil-2-pentino.
• CH2=C(OH)–CH3: Prop-1-en-2-ol.
• CH3–CH(CH3)–CH(Br)–CH2–CHO: 3-Bromo-4-metilpentanal.
• CH2=C(CH2CH3)–CH(CH3)–CH3: 2-Etil-3-metilbut-1-eno.
• CH3–CH(CH3)–CH2–COO–CH2–CH2–CH3: 2-Metilbutanoato de propilo.

Principio de Le Châtelier: Equilibrio Químico

El Principio de Le Châtelier establece que si un sistema en equilibrio es perturbado por un cambio en la concentración, la presión o la temperatura, el sistema se desplazará para contrarrestar esa perturbación y alcanzar un nuevo estado de equilibrio.

• Concentración:
  • Si se aumenta la concentración de una sustancia, el equilibrio se desplaza en el sentido que la consume.
  • Si se disminuye la concentración, se desplaza en el sentido que la produce.
• Presión y Volumen (para gases):
  • Si se aumenta la presión (o disminuye el volumen), el equilibrio se desplaza hacia el lado con menor número de moles gaseosos.
  • Si se disminuye la presión (o aumenta el volumen), se desplaza hacia el lado con mayor número de moles gaseosos.
• Temperatura:
  • Si se aumenta la temperatura, el equilibrio se desplaza en el sentido endotérmico (el que absorbe calor).
  • Si se disminuye la temperatura, se desplaza en el sentido exotérmico (el que libera calor).

Puntos Clave Adicionales

• Los catalizadores aceleran la reacción disminuyendo la energía de activación, pero no desplazan el equilibrio.
• Las constantes de equilibrio (K) solo dependen de la temperatura.

Espontaneidad de una Reacción Química y Energía Libre de Gibbs

La espontaneidad de una reacción química depende de la variación de la energía libre de Gibbs (ΔG), que indica si el sistema puede realizar trabajo útil.

Ecuación Fundamental

La relación entre estas variables se describe con la siguiente ecuación:

ΔG = ΔH - T·ΔS

Donde:

• ΔH: Variación de entalpía (calor absorbido o liberado en la reacción).
• ΔS: Variación de entropía (medida del desorden del sistema).
• T: Temperatura absoluta (en Kelvin).

Criterios de Espontaneidad

• ΔG < 0: La reacción es espontánea en el sentido directo.
• ΔG > 0: La reacción es no espontánea (la reacción inversa es espontánea).
• ΔG = 0: El sistema se encuentra en equilibrio.

Influencia de la Temperatura en la Espontaneidad

• Reacción exotérmica (ΔH < 0) y aumento de desorden (ΔS > 0): ΔG siempre será negativo. La reacción es siempre espontánea a cualquier temperatura.
• Reacción endotérmica (ΔH > 0) y disminución de desorden (ΔS < 0): ΔG siempre será positivo. La reacción es nunca espontánea a cualquier temperatura.
• Reacción exotérmica (ΔH < 0) y disminución de desorden (ΔS < 0): La reacción es espontánea a bajas temperaturas, ya que el término -T·ΔS se vuelve positivo y puede superar a ΔH a altas temperaturas.
• Reacción endotérmica (ΔH > 0) y aumento de desorden (ΔS > 0): La reacción es espontánea a altas temperaturas, cuando el término T·ΔS es lo suficientemente grande como para superar el valor positivo de ΔH.

Factores Determinantes

La entalpía (ΔH) indica si la reacción libera (exotérmica) o absorbe (endotérmica) calor. Las reacciones exotérmicas favorecen la espontaneidad. La entropía (ΔS) indica si el desorden del sistema aumenta o disminuye. Un aumento de entropía favorece la espontaneidad, especialmente a altas temperaturas.

Efecto de los Catalizadores

Los catalizadores aceleran la velocidad de la reacción al reducir la energía de activación, pero no modifican el valor de ΔG. Por lo tanto, no afectan a la espontaneidad de la reacción ni a la posición del equilibrio.

Relación con la Constante de Equilibrio (K)

La espontaneidad también se puede relacionar con la constante de equilibrio (K) mediante la ecuación ΔG = –RT·ln(K):

• Si K > 1, entonces ln(K) > 0 y ΔG < 0. La reacción es espontánea.
• Si K < 1, entonces ln(K) < 0 y ΔG > 0. La reacción es no espontánea.