Termodinámica y nomenclatura orgánica: energía, leyes y clasificación de sistemas

Termodinámica: conceptos fundamentales

Termodinámica: es la parte de la física que estudia a nivel macroscópico las transformaciones de la energía y cómo esta energía puede convertirse en trabajo (movimiento).

Energía interna

Energía interna: la energía interna de un sistema depende del tipo de sustancia, del estado de agregación en que se encuentra, de la presión y de la temperatura.

Sistemas

Los sistemas pueden ser:

• Abiertos: si intercambian materia y energía con el exterior.
• Cerrados: si no intercambian materia, pero sí energía con el exterior.
• Aislados: si no intercambian ni materia ni energía con el exterior.

Variables de estado

El estado del sistema y los cambios que experimenta vienen fijados por las llamadas variables de estado:

• Composición: lo más corriente es que la composición no se modifique.
• Presión
• Volumen
• Temperatura (K)

Calor y trabajo

Calor: es energía en tránsito de un cuerpo a otro. El calor tiene signo positivo cuando es absorbido por el sistema y negativo si es cedido por el sistema.

Trabajo: representa la energía transferida a un sistema cuando sobre él actúa una fuerza. El trabajo tiene signo positivo cuando es realizado contra el sistema (ya que su energía interna aumenta); y negativo si es realizado por el sistema (ya que su energía interna disminuye).

Primera ley de la termodinámica

Expresión: ΔU = Q + W

Entalpía de formación estándar

La entalpía de formación estándar de una sustancia es la energía absorbida o liberada en la formación de un mol de esa sustancia a partir de los elementos que la constituyen en su forma más estable a 25 °C y 1 atm de presión. La entalpía estándar de los compuestos es igual a su calor de formación.

Leyes termoquímicas

Las llamadas leyes termoquímicas fueron enunciadas antes de que fuera conocido el principio de conservación de la energía (Helmholtz, 1847). Hoy podemos ver que no son más que distintos enunciados de ese principio general.

Ley de Lavoisier-Laplace (1780)

La cantidad de calor que se ha de suministrar a un compuesto para descomponerlo en sus elementos es igual al calor desprendido al formar el compuesto a partir de aquellos.

Ley de Hess (1840)

Las ecuaciones termoquímicas se pueden sumar y restar como si fuesen ecuaciones algebraicas.

Reacciones exotérmicas y endotérmicas

Hay reacciones que producen una emisión de calor al exterior, reacciones exotérmicas, y otras en las que la reacción absorbe calor, reacciones endotérmicas.

Nomenclatura y grupos funcionales (química orgánica)

Notas sobre sufijos y grupos funcionales, con ejemplos y correspondencias:

• -eno = doble enlace.
• -ino = triple enlace.
• Alcoholes: R–OH (sufijo: -ol).
• Éter: R–O–R. Ejemplo: dietil éter.
• Aldehído: R–CHO. Termina en -al.
• Ésteres: RCOOR. En la nomenclatura tradicional, el nombre del éster se forma con el nombre del grupo alcoxi (termina en -ilo) seguido del nombre del anión carboxilato (termina en -ato).
• Cetonas: R–CO–R. Terminan en -ona. Ejemplo: pentan-2-ona.
• Nitro: grupo NO₂.
• Ejemplo compuesto: 4-oxoheptanal (indica la presencia de una función oxo en posición 4 y un grupo aldehído).
• Amida: CONH₂ (grupo amida).
• Ácido carboxílico: RCOOH. En nomenclatura, los ácidos empiezan con la palabra "ácido" y el nombre del ácido termina en -oico.
• Aminas: contienen el grupo –NH₂.

Observación: se han corregido y ordenado los términos para facilitar su comprensión manteniendo todos los contenidos originales.