Fundamentos de Química: Benceno, Estructura y Conceptos de Termodinámica

Estructura del Benceno y Fundamentos de Termodinámica

La Estructura y Reactividad del Benceno

La estructura del benceno es estable, lo que se afirma por su escasa reactividad. Esta estructura se da en otros compuestos llamados bencénicos o aromáticos, los cuales son todos poco reactivos.

Se puede representar como un anillo de seis átomos de carbono (C) unidos por enlaces simples y dobles de forma alternada. Presenta dos formas resonantes, por lo que se utiliza una representación intermedia: un hexágono con un círculo dentro.

La Teoría de Enlace de Valencia (TEV) y la hibridación describen su estructura, admitiendo una hibridación sp² en los átomos de carbono. Cada átomo de carbono tiene dos orbitales híbridos sp² para formar enlaces sigma (σ) con otros dos carbonos, y el tercer orbital sp² forma un enlace sigma con un hidrógeno. La geometría de 120° hace que se forme un anillo plano de seis átomos de carbono. En cada carbono, queda un electrón en el orbital p que podría utilizarse para formar enlaces pi (π), lo que daría lugar a tres enlaces dobles. Esta molécula es completamente simétrica, lo que permite la formación de enlaces pi deslocalizados, confiriéndole una estabilidad excepcional.

Termodinámica: Conceptos Fundamentales

¿Qué es la Termodinámica?

La Termodinámica es la parte de la física que estudia los intercambios de calor y trabajo que acompañan a los procesos fisicoquímicos. Si estos procesos son reacciones químicas, la parte de la ciencia que los estudia se denomina Termoquímica.

Sistema Termodinámico

Un Sistema Termodinámico es aquella parte del universo que aislamos para someterla a estudio fisicoquímico. Lo que rodea al sistema recibe el nombre de Entorno, que es la parte del universo externa al sistema. Por lo tanto, el conjunto formado por el sistema y el entorno forma el universo.

Tipos de Sistemas Termodinámicos

• Sistema Abierto: Intercambia materia (M) y energía (E) con el entorno (ejemplo: una ciudad).
• Sistema Aislado: No hay intercambio de materia (M) ni energía (E) (ejemplo: el sistema solar, idealmente).
• Sistema Cerrado: No hay intercambio de materia (M), pero sí de energía (E) (ejemplo: una charca).

Variables Termodinámicas

Variables Extensivas e Intensivas

• Variable Extensiva: Depende de la cantidad de materia, como la masa y el volumen.
• Variable Intensiva: No depende de la cantidad de materia, como la densidad o la concentración.

Variables de Estado o Funciones de Estado

Cada una de las características que definen el sistema termodinámico se llama Variable Termodinámica. Algunas variables dependen solo del estado en el que se encuentra el sistema y no de la evolución que ha experimentado para llegar hasta él, como el volumen que ocupa. Estas son las llamadas Variables de Estado o Funciones de Estado.

Procesos Termodinámicos

En un proceso termodinámico, puede cambiar cualquiera de las propiedades que definen el sistema. Cuando se establece que una propiedad permanece constante, el proceso recibe un nombre específico:

• Isotérmico: La temperatura no varía. Dada su gran masa, la temperatura del agua del mar apenas varía.
• Isobárico: La presión no varía. La mayoría de las reacciones químicas se producen a la presión atmosférica, que se considera constante.
• Isocórico: El volumen no varía. Es isocórico cualquier proceso que tenga lugar en un recipiente cerrado y de paredes rígidas.