Principios Fundamentales de Química: Gases, Termodinámica y Equilibrio

Leyes Fundamentales de los Gases Ideales

Ley de Boyle

Los volúmenes, muy compresibles (se comprimen), ocupados por una masa gaseosa a temperatura constante son inversamente proporcionales a las presiones que soportan. No siempre se comportan según esta ley. Independientemente del gas, la ley se cumple mejor cuanto más bajas son las presiones y más altas las temperaturas. Sin embargo, si las condiciones son opuestas, aparecerán desviaciones.

Fórmula: P₁·V₁ = P₂·V₂ (a temperatura constante)

Ley de Charles y Gay-Lussac

Los volúmenes, expansibles (se dilatan), ocupados por una masa gaseosa a presión constante son directamente proporcionales a las temperaturas absolutas.

Fórmula: V₁/T₁ = V₂/T₂ (a presión constante)

Principio de Avogadro

Volúmenes iguales de distintos gases, en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas.

Ecuación de Estado de los Gases Ideales

La relación entre presión, volumen, número de moles y temperatura de un gas ideal se describe mediante la siguiente ecuación:

Fórmula: P·V = n·R·T

Donde:

• P es la presión (en atmósferas, atm)
• V es el volumen (en litros, L)
• n es el número de moles (en mol)
• R es la constante de los gases ideales (valor aproximado: 0.082 L·atm/(mol·K))
• T es la temperatura (debe expresarse en Kelvin, K)

Para convertir de grados Celsius a Kelvin, se suma 273.15.

Termodinámica Química

Entalpía (H)

La entalpía sirve para medir el calor absorbido o liberado por un sistema durante un proceso a presión constante. Puede ser positiva (+) para un proceso endotérmico (absorbe calor) o negativa (-) para uno exotérmico (libera calor).

Fórmula: H = E + P·V

Donde:

• H es la entalpía
• E es la energía interna del sistema
• P es la presión
• V es el volumen

Entalpía Estándar de Formación (ΔH°f)

Es el intercambio de calor que se produce cuando se forma un mol de un compuesto a partir de sus elementos en su estado más estable, a una presión de una atmósfera (1 atm). La ΔH°f de un elemento en su forma más estable es igual a cero.

Entalpía Estándar de Reacción (ΔH°reacción)

Para determinar la entalpía estándar de una reacción, es necesario conocer los valores de ΔH°f de los compuestos que intervienen en la reacción. La determinación de estos valores puede hacerse con el método directo o indirecto.

Para una reacción genérica: aA + bB → cC + dD

Fórmula: ΔH°reacción = ΣnΔH°f(productos) - ΣmΔH°f(reactivos)

Donde n y m son los coeficientes estequiométricos de los productos y reactivos, respectivamente.

Método Directo

Se utiliza para compuestos que se pueden sintetizar con facilidad a partir de sus elementos.

Método Indirecto (Ley de Hess)

Muchas veces, las reacciones son muy lentas o se producen otras sustancias secundarias, además del compuesto de interés. En estos casos, los valores de la entalpía se determinan por un método indirecto, conocido como Ley de Hess. Esta ley establece que cuando los reactivos se convierten en productos, el cambio de entalpía es el mismo independientemente de que la reacción se efectúe en uno o varios pasos.

Cinética Química

Ecuación de Arrhenius

La Ecuación de Arrhenius se usa para comprobar la dependencia de la constante de velocidad de una reacción química con respecto a la temperatura con la que se lleva a cabo esa reacción.

Polímeros

Definición de Polímeros

Los polímeros son compuestos de moléculas que se distinguen por tener una masa molar grande y están formados por muchas unidades repetidas (monómeros).

Polímeros Orgánicos Sintéticos

Moléculas formadas por unidades simples repetidas por medio de reacciones de adición y condensación. Ejemplos: nailon, lucita, dacrón.

Polímeros Naturales

Tienen un papel fundamental en casi todos los procesos biológicos. Ejemplos: proteínas, ácidos nucleicos, celulosa.

Equilibrio Químico

Principio de Le Châtelier

Este principio establece que si se aplica una tensión externa a un sistema en equilibrio, el sistema se ajusta de tal manera que contrarresta parcialmente dicha tensión.

En este contexto, 'tensión' se refiere a un cambio en la concentración, presión, volumen o temperatura que altera el estado de equilibrio de un sistema. Este principio se usa para predecir los efectos de dichos cambios.