Guia Essencial de Química i Termodinàmica: Reaccions i Energia

Factors que Influeixen en la Velocitat d'una Reacció Química

• Temperatura: Un augment de la temperatura accelera la velocitat d'una reacció, mentre que una disminució la retarda.
• Concentració: Un augment de la concentració dels reactius incrementa la velocitat d'una reacció, i una disminució la redueix.
• Grau de Divisió: Com més petita és la mida de les partícules que formen els reactius, més gran és la velocitat de la reacció.
• Catalitzadors: Són substàncies que alteren la velocitat de la reacció, normalment augmentant-la.

Conceptes Fonamentals: Energia i Calor

Energia: Capacitat que té un cos o un sistema material per provocar canvis en si mateix o en d'altres.

Calor: És l'energia que està en trànsit entre dos cossos a diferent temperatura per tal d'arribar a un equilibri tèrmic. S'expressa en Joules (J).

Càlcul de Calor i Treball

Calor i Canvi de Temperatura

Per a una determinada quantitat de calor, la variació de temperatura que pateix el cos dependrà de la massa i del tipus de matèria del cos:

Q = m · Ce · (tf - ti)

Calor i Canvi d'Estat

Un cos que rep o perd energia en forma de calor, a la temperatura del canvi d'estat, canviarà d'estat físic. La quantitat de substància que canvia d'estat depèn de la quantitat de calor i el tipus de matèria.

Q = m · L.

Càlcul del Treball Mecànic

Es produeix un treball mecànic quan hi ha una força i un desplaçament per acció d'aquesta força.

W = m · g · h

Sistemes Termodinàmics

Un sistema termodinàmic és aquella part de l'univers que aïllem per sotmetre a estudi. El que envolta el sistema s'anomena entorn. El conjunt del sistema i l'entorn s'anomena l'univers. Hi ha diferents tipus de sistemes:

• Sistema Obert: Intercanvia matèria i energia amb l'entorn.
• Sistema Tancat: No intercanvia matèria, però sí energia.
• Sistema Aïllat: No intercanvia ni matèria ni energia amb l'entorn.

Processos Termodinàmics

• Procés Reversible: Es realitza a través de múltiples estats d'equilibri. Qualsevol petit canvi en alguna condició pot fer que el sistema evolucioni en sentit invers.
• Procés Irreversible: Es produeix en un únic sentit. La majoria dels processos que tenen lloc al nostre voltant són irreversibles.

Primer Principi de la Termodinàmica

El Primer Principi de la Termodinàmica es basa en el concepte d'Energia Interna (U), que és la suma de les energies de totes les partícules que formen un sistema. Aquest principi analitza la variació d'aquesta energia (ΔU), la qual depèn de la suma del treball (W) i de la calor (Q) intercanviats.

Entalpia i Tipus de Reaccions

L'Entalpia (H) és la suma de l'energia interna i el producte de la pressió pel volum. És una funció d'estat i es mesura en unitats d'energia.

• Reacció Endotèrmica (+): Reactius → Productes. El sistema guanya energia (absorbeix calor).
• Reacció Exotèrmica (-): Reactius → Productes. El sistema perd energia (allibera calor).

Fórmules Clau en Termodinàmica

W = -p · ΔV = -p · (Vf - Vi)

1 atm = 101325 Pa

ΔU = Q + W

Qp = (Uf + p · Vf) - (Ui + p · Vi) --> H = U + p · V --> Qp = Hf - Hi