Fundamentos de Termodinámica y Cinética Química: Conceptos Esenciales

1. Primer Principio de la Termodinámica

Se basa en el principio de conservación de la energía y se enuncia de la siguiente manera: la variación de energía interna de un sistema es igual a la suma del calor y el trabajo que intercambia con el entorno. Matemáticamente: ΔU = Q + W. La energía interna se define como la suma de todas las energías que posee un sistema.

2. Entalpías

• De formación: Es el calor absorbido o desprendido cuando se forma un mol de un compuesto a partir de sus elementos en condiciones estándar.
• De combustión: Es el calor que se desprende cuando un mol de una sustancia se quema con oxígeno en condiciones estándar.
• De reacción: Es el calor que se absorbe o se desprende en una reacción química a presión constante y en condiciones estándar.

3. Ley de Hess

1. El calor total cedido o absorbido en una reacción química es el mismo tanto si la reacción transcurre en una etapa como si lo hace en varias.
2. El calor que interviene en una reacción química depende de los estados final e inicial y es independiente de las etapas por las que pueda pasar la reacción.

4. Entalpías de Enlace

Se llama entalpía de enlace de una sustancia a la energía necesaria para descomponer un mol de esa sustancia en sus átomos constituyentes en estado gaseoso.

5. Energía Libre de Gibbs

Es una magnitud termodinámica que se introdujo para poder aplicar simultáneamente los dos principios de la termodinámica a los procesos químicos.

6. Velocidad de Reacción

La velocidad de reacción es una medida de la rapidez con la que transcurren las reacciones químicas y se define como la disminución de la concentración de los reactivos en la unidad de tiempo.

7. Catalizadores

Un catalizador es una sustancia que interviene en una reacción química modificando su velocidad de reacción y recuperándose íntegramente al final del proceso. Si el catalizador aumenta la velocidad, se llama catalizador positivo; si la disminuye, se denomina catalizador negativo o inhibidor.

8. Factores que Modifican el Equilibrio

• Temperatura:
  • Aumento de T en ΔH < 0: desplazamiento a la izquierda (←).
  • Disminución de T en ΔH < 0: desplazamiento a la derecha (→).
  • Aumento de T en ΔH > 0: desplazamiento a la derecha (→).
  • Disminución de T en ΔH > 0: desplazamiento a la izquierda (←).
• Presión: Al aumentar la presión, el equilibrio se desplaza hacia donde hay menor número de moles.
• Concentración: Si aumenta la concentración en los reactivos, el equilibrio se desplaza a la derecha; si aumenta en los productos, se desplaza a la izquierda.

Resumen de estados

• ΔH > 0: Endotérmica
• ΔH < 0: Exotérmica
• ΔG > 0: No espontánea (forzada)
• ΔG < 0: Espontánea