Conceptos Fundamentales de Química: Estados, Presión y Cinética de Reacciones

Estados de la Materia

Sólido

• Posee forma y volumen definidos.
• Incompresible.
• Mayor cohesión entre moléculas.

Líquido

• Volumen definido, pero asume la forma del recipiente que lo contiene.
• Prácticamente incompresible.
• Fuerza de cohesión entre moléculas intermedia.

Gaseoso

• Adopta la forma y volumen del recipiente que lo contiene.
• Compresible.
• Baja cohesión entre moléculas.

Conceptos Físicos Fundamentales

Masa

Cantidad de materia de una sustancia. Unidades en SI: kg.

Volumen

Es el espacio que ocupa un cuerpo o sustancia. Unidades en SI: m³.

Densidad

Es la relación que existe entre la masa y el volumen de una sustancia. Unidades en SI: kg/m³.

Fórmula: Densidad = masa / volumen

Presión

Es la fuerza que ejerce un gas, un líquido o un sólido sobre una superficie.

Fórmula: Presión = Fuerza / Área

Unidades: [N/m²] = [Pa] (Pascal)

Hidrostática y Fluidos

Hidrostática

Es el estudio de los fluidos en reposo (sin movimiento).

Fluidos

Sustancias en las que las fuerzas de atracción entre moléculas son débiles. Los líquidos y gases son fluidos.

Algunas sustancias que existen como gases son:

• H₂ (Hidrógeno)
• CO₂ (Dióxido de Carbono)
• CH₄ (Metano)
• Cl₂ (Cloro)
• CO (Monóxido de Carbono)
• N₂ (Nitrógeno)
• NH₃ (Amoníaco)
• O₂ (Oxígeno)

Tipos de Presión

Presión Atmosférica

Es la presión que ejerce el aire sobre la corteza terrestre. Al medirla, se cuantifica la presión que ejerce el peso de una columna de aire sobre 1 m² de área en la superficie terrestre.

Presión Atmosférica Estándar

Es la presión que soporta una columna de mercurio de 760 mm de altura a 0°C a nivel del mar.

Equivalencias: P_atm = 760 mm Hg = 1 torr = 1 atm = 101.325 Pa

Presión Absoluta

Es la presión de un fluido que se mide en relación con el vacío perfecto o cero absoluto.

Presión Manométrica

Es una presión mayor a la presión atmosférica.

Fórmula: P_abs = P_man + P_atm

Presión Hidrostática

Es la presión que ejerce una columna de un fluido en una superficie.

Fórmula: P_h = ρ * g * h + P₀

La presión de los gases, distinta a la de la atmósfera, se mide con un dispositivo llamado manómetro.

Cinética Química y Soluciones

Cinética Química

Es el área de la química que estudia la velocidad con la que ocurre una reacción. Es importante conocer la velocidad de una reacción para poder modificarla en busca de una mayor eficiencia.

Velocidad de Reacción

Es el cambio en la concentración de un reactivo o de un producto en el tiempo. Unidades: [M/s].

Soluciones Químicas

Solución

Es una mezcla homogénea de dos o más sustancias.

Componentes de una Solución

• Soluto: Es el componente que se encuentra en menor cantidad (puede ser sólido o líquido).
• Solvente: Es el componente que se encuentra en mayor cantidad (generalmente líquido).

Concentración de una Solución

Es la cantidad de soluto presente en una cantidad de solvente o solución.

Ley de Velocidad

Expresa la relación de la velocidad de una reacción con la constante de velocidad y la concentración de reactivos (elevadas a alguna potencia).

Forma general: aA + bB → cC + dD

Orden de la Reacción

Es la suma de los exponentes a los que se elevan las concentraciones de los reactivos en la ley de velocidad. Permite conocer la dependencia de la reacción con las concentraciones de los reactivos.

Por ejemplo, en una reacción de segundo orden, la velocidad de la reacción depende de la concentración de uno de los reactivos elevada a la segunda potencia, o de la concentración de dos reactivos diferentes, cada uno elevado a la primera potencia.

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

Los átomos y moléculas se encuentran en continuo movimiento, lo que ocasiona choques constantes entre las partículas. Para que suceda una reacción, las moléculas que chocan deben tener una energía cinética mayor o igual a la energía de activación (Ea).

Temperatura

A mayor temperatura, mayor será la energía cinética de las moléculas, lo que incrementa la cantidad de choques por unidad de tiempo y, por lo tanto, la probabilidad de choques efectivos.

La magnitud con la que se modifica la velocidad de una reacción debido a un aumento de la temperatura depende de la constante de velocidad y de la energía de activación.