Fundamentos Esenciales de Química: Estequiometría, Termodinámica y Reacciones de Oxidación

Química Orgánica: Reacciones de Oxidación

Reacciones de Oxidación de Alcoholes

Las reacciones de oxidación pueden utilizarse para distinguir los alcoholes primarios de los secundarios y terciarios. El resultado de la oxidación depende de la estructura del alcohol y de las condiciones de la reacción:

• Cuando un alcohol primario se oxida en medio ácido, produce un aldehído, que a su vez puede oxidarse a ácido carboxílico.
• Los alcoholes secundarios dan lugar a cetonas.
• Los alcoholes terciarios solo se oxidan en condiciones muy enérgicas, originándose rupturas de las cadenas carbonadas.

Estequiometría y Leyes de los Gases

El Concepto de Mol

El Mol es la cantidad de una sustancia que contiene tantas unidades elementales como átomos de carbono hay en 12 g del isótopo carbono-12.

Ley de los Gases Ideales

La Ley de los Gases Ideales integra tres leyes fundamentales: la Ley de Boyle, la Ley de Charles y Gay-Lussac, y la Ley de Avogadro. Estas se resumen en la ecuación:

$$P \cdot V = n \cdot R \cdot T$$

En condiciones normales (C.N.), la presión será de 1 atm y la temperatura de 273 K. En estas condiciones, un mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22.4 litros.

Fundamentos de las Reacciones Químicas

Reacción Química y Ecuaciones

Una Reacción Química es un proceso por el cual, a partir de una o varias sustancias iniciales (reactivos), se obtienen otras sustancias diferentes (productos). Las reacciones químicas se representan mediante Ecuaciones Químicas, las cuales indican de forma simbólica los cambios que tienen lugar.

Coeficientes Numéricos

Los Coeficientes Numéricos de la reacción ajustada son aquellos que nos indican el número de moléculas o moles de los reactivos que iniciaron la reacción y de los productos que se obtienen.

Cálculos Estequiométricos

Los Cálculos Estequiométricos son aquellos utilizados para determinar las masas o volúmenes de los reactivos o productos involucrados en una reacción. Es fundamental recordar los siguientes principios:

1. Un mol de cualquier sustancia contiene el mismo número de moléculas (Número de Avogadro).
2. Según Avogadro, el mismo número de moléculas de gases diferentes ocupan volúmenes iguales (a la misma P y T).
3. Un mol de cualquier gas ocupa siempre el mismo volumen: volumen molar (medido en C.N.).
4. El volumen molar para los gases es de 22.4 litros en C.N. (0 ºC y 760 mmHg).

Reactivo Limitante

Frecuentemente, las masas de reactivos presentes no guardan la proporción adecuada de combinación estequiométrica. Uno de los reactivos está en exceso y, por ello, parte de él no se combinará. El otro, llamado Reactivo Limitante, está presente en una cantidad que permite su combinación completa y, por lo tanto, este determinará la cantidad máxima del producto formado.

El reactivo limitante reaccionará solo con la cantidad adecuada de la otra sustancia, de la cual existe un exceso, y quedará una parte sin reaccionar.

Termodinámica Química

Calor de Reacción y Tipos

El Calor de Reacción es la cantidad de calor absorbido o desprendido en una reacción química.

• Reacción Exotérmica: Ocurre cuando se desprende calor al ambiente.
• Reacción Endotérmica: Ocurre cuando se absorbe calor del ambiente.

Ecuaciones Termoquímicas

Las Ecuaciones Termoquímicas son ecuaciones químicas en las que se especifica el cambio térmico (entalpía) asociado a la reacción.

Definición de Termodinámica

La Termodinámica es la parte de la física que estudia los procesos de transformación de trabajo o energía en calor y viceversa. La termodinámica estudia las propiedades de los sistemas, a las que se les conoce como Variables Termodinámicas. Las más importantes son las de composición y concentración de los componentes del sistema, la presión (P), el volumen (V) y la temperatura (T).

Sistema Químico y su Clasificación

Un Sistema Químico es una parte pequeña del universo separada de todo lo que le rodea por superficies reales o imaginarias. Se clasifican en:

• Abiertos: Pueden intercambiar materia y energía con el exterior.
• Cerrados: Pueden intercambiar solo energía.
• Aislados: No pueden intercambiar ni materia ni energía con el ambiente. El universo, en su conjunto, se considera como un sistema aislado.

Estado del Sistema y Propiedades

El Estado del Sistema se define por sus propiedades, las cuales pueden ser:

• Microscópicas: Describen el comportamiento de las partículas individuales, como átomos, iones, etc.
• Macroscópicas: Se refieren al comportamiento global de un número muy elevado de partículas.