Reactividad Y Equilibrio Quimico

Reactividad y Equilibrio Químico.

1. Con ser va ción de la E ner gía . El hombre siempre a dependido de suministros energéticos. Entre estos se encuentran los alimentos que nos proporcionan nutrientes y energía, la quema de combustible fósil para uso domiciliario, industrial, del transporte. De ahí que es tan importante la energía.

Sist ema s t er modi námi cos. Sistema: Objeto en estudio ,el cual esta rodeado de un entorno y el medioambiente.. Sistema Abierto: Puede intercambiar masa y energía por lo general en forma de calor con sus alrededores. Sistema Cerrado: El cual permite la transferencia de energía (calor) pero no de masa. Sistema Aislado: No permite el intercambio de energía ni de masa.

Uni vers o : Sistema + entorno

Ejemplos de sistemas: Una hormiga:

Es un sistema abierto, pues Intercambia energía y materia con lo que la rodea.

Una casa con un patio:

Una botella de bebida tapada:

La Tierra:

Sistema abierto.

Sistema cerrado que mientras la botella este tapada solo puede intercambiar calor con el entorno. Sistema abierto.

El contenido de un termo:

El universo:

Durante varias horas es un sistema aislado que no pierde o gana masa ni energía.

Se desconoce su dimensión y si tiene un limite, pero según el conocimiento actual el universo es único. Se trata de un sistema aislado que no tiene entorno.

Propiedad de estado. Es aquella que al modificarse mediante una acción externa, su diferencia entre el valor inicial y el final no depende del camino recorrido por el sistema. Lo único que importa son los valores extremos. Ejemplo: masa, el volumen la temperatura, la presión, la energía interna, la entalpía, la entropía, la energía libre.

Ejemplo de la temperatura como propiedad de estado. ¿Te has dado cuenta que en el informe meteorológico solo importa la minima y máxima temperatura ? No interesa si durante el día subió bajo volvió a subir, solo importan los extremos. Ejemplo:

Un cambio de cualquiera de estas propiedades se expresa como:

∆X = X f − X i

Cambio: Magnitud de la propiedad final – Magnitud de la propiedad inicial. Ejemplo: Considera que tienes un trozo de alambre de cobre que està a una temperatura de 40· C. Al dejarlo sobre una mesa se enfría poco a poco hasta alcanzar la temperatura ambiente de 18·C. Se produjo un cambio de estado que se registra como una modificación de la temperatura.

Tra nsfor ma cion es de en er gía . Se d efin e e ne rg ía c om o: “ La ca pac id ad pa ra efec tua r trab aj o” , Se tra nsf iere po r cal en ta mi en to o enf ri am ien to , lo q ue comú nme nte l lam am os ga nan ci a o perd id a de ca lor. Anal ic emo s l as sig ui en tes situ ac io ne s. Un cic li sta su be pe dal ea ndo h ac ia la si ma de un a col in a, y l ue go regresa ráp ida me nte a pu nto d e partid a. Un mo nta ñi sta es cal a p or la l ade ra de un ro qu erí o. ¿Hay im plí ci ta a lg un a f orma d e e ne rgí a q uím ic a? La en ergía qu e a portan l os al ime ntos se tr ansf orma n en en ergía mo tora m us cul ar de l c ic lis ta o del mon tañis ta. En g ene ral , son e nerg ía s q uí mic as las q ue pro vie nen de lo s a li men tos ( me tab ol is mo) y tambi én en pa rte las qu e son re sul tad o de la ac ci ón moto ra en e l s er

Los ejemplos indican un principio fundamental de la naturaleza. La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma, de manera que la energía permanece constante en el universo.

Términos Trabajo y Calor. El trabajo y el calor son procesos por los cuales se puede cambiar la energías de un sistema. uff, uff

.

Cada vez que se ejerce una fuerza sobre un objeto se esta realizando un trabajo (w), que modifica la energía del objeto. En términos físicos En termodinámica

W = F ⋅d W = − P∆ V

La unidad del trabajo es joule, es preferida en las ciencias porque se puede derivar directamente de unidades, que se emplean para expresar la energía cinética y potencial.

Pext

Pext

dx

Pint

Pint

Pext > Pint

Calo r

Pedro, cierra la ventana. Que no salga el calor.

¡Que no salga el calor!!! ¡O que no entre el frío!!!

¡Maestro! tengo que preguntarle algo. Ayer, papá me dijo que cerrara la ventana para que no salga el calor…… No entendí lo que me quiso decir.

...... Además el otro día sin querer toque la plancha y me quemé. ¿Cómo es que ocurren estos fenómenos?

Hummm......... interesante… veo que tienes una curiosidad científica. Te explicaré qué sucedió en ambos casos.

No olvides que la constitución de la materia tiene como unidad al ÁTOMO

Entonces…… ¿Qué es el calor?

La agrupación de átomos forma las Moléculas

El calor es un tránsito. Es decir, un flujo de energía...

Ejemplo: Cuando hace frío perdemos energía mediante el flujo térmico (calor), hacia el entorno.

...Cuando disminuye el calor las moléculas vuelven a su estado original con menor movimiento.

Equivalencia entre la caloría y la unidad de trabajo: Aun cuando la energía, el calor y el trabajo son conceptos diferentes se pueden expresar en las mismas unidades. (Equivalente mecánico del calor) 1cal = 4,184J 1000 cal = 1Kcal

...Maestro,¿Hasta cuando fluye contacto entre dos cuerpos si permanecen en contacto indefinido?

Si las paredes entre dos cuerpos son diatérmicas, fluye calor hasta que se igualan las temperaturas, a esto se le llama equilibrio térmico.

Al aportar calor a un sistema, éste aumenta su temperatura al igual que su energía interna, dependiendo de tres factores. Éstos son:

Aumento de temperatura deseado ∆ °T. La masa del cuerpo del sistema… m La sustancia que lo constituye, mejor dicho su calor específico, que es la energía necesaria para aumentar el grado de temperatura de un kilogramo de la sustancia considerada….Ce

Calor especifico de algunas sustancias.(Ce)

Sustancias J/g.ºC Agua

4.18

Aluminio

0,902

Cobre

0,385

Fierro

0,451

Madera

1.76

Mercurio

0,03

Oro Plata Plomo

Esto se resume en la siguiente ecuación fundamental de la calorimetría.

Q= m.Ce. ∆ T

Entonces: La cantidad de calor que hay que suministrar a un cuerpo para elevar su temperatura, depende del incremento de temperatura y de la masa del sistema que se calienta. Ejemplo Si en un alambre de cobre de 10 g se eleva la temperatura de 20ºC a 45ºC ¿Cuál es el calor transferido al metal?. Al aplicar la formula

Q= m.Ce. ∆ T

Q = (10 g )(0.385

J )(45º C − 20º C ) gºC

Energía Interna Se le llama energía interna a la suma de las energías individuales (cinética y Potenciales) de todas las partículas, sean estas moléculas, átomos o iones. Contribuyen también a la energía interna diversas formas de energía: Traslación rotación vibración, interacciones moleculares y energía nuclear.

La Energía Interna es una función de estado. Ante cualquier modificación, la magnitud del cambio depende del valor inicial y final, el que se expresa como

∆U = U final − U inicial

La energía de un sistema se puede cambiar mediante transferencia térmica (q) o trabajo (w). Por lo tanto la energía interna de un sistema puede cambiar en una magnitud, si hay una transferencia de calor o si se realiza un trabajo (w) sobre el desde el exterior.

∆U = q + W La variación de la energía Interna puede aumentar o disminuir según sea el tipo de transferencia que se realice.

Relación es de Transferencia de energía como Calor y Trabajo entre un sistema y su entorno. Si ingresa calor al sistema.

Si sale calor del sistema

q+

q-

(Proceso Endotérmico)

(Proceso Exotérmico)

Sistema

Si se realiza trabajo sobre el sistema.

Si el sistema realiza trabajo sobre el entorno.

W+

W-

Entalpía (H) La mayoría de los procesos donde hay transferencia de calor ocurren en sistemas abiertos , es decir a presión constante. El flujo de calor a presión constante ( q p ) es la variación de entalpía(∆H ). Por lo tanto en sistemas a presión constante la primera ley se expresa como:

∆U = ∆H + W ∆U = ∆H − P∆V Despejando la variación de entalpía

∆H = ∆U + P∆V Es normal llamar a la entalpía calor del proceso, ya que la mayoría de las reacciones químicas se realizan a presión constante.

Termoquímica Parte de la termodinámica que estudia los cambios térmicos relacionados con procesos químicos. Procesos endotérmicos y exotérmicos.

Un proceso termoquímico se representa mediante una ecuación termoquímica balanceada. Ejemplo la evaporación del agua. ∆Hº=44,0 kJ Para que el agua pase de estado liquido a gas requiere una energía de 44.0 Kj, es por tanto una reacción endotérmica.

El proceso contrario a la evaporación es la condensación, la ecuación se expresa ∆Hº=-44,0 kJ En este caso se trata de un proceso exotérmico, el agua libera energía térmica. Entalpia de formación estándar. Es el calor de reacción correspondiente a la formación de un mol de la sustancia a partir de sus elementos en sus estado fundamental o estándar. Algunos ejemplos de reacciones de formación. ∆Hº=-393.5 KJ/mol ∆Hº=-285.3 KJ/mol ∆Hº=-74.8 KJ/mol ∆Hº=-422.2 KJ/mol

Ley de Lavoisier y La place Una reacción que ocurre en sentido directo, puede ocurrir en sentido inverso, con igual variación de entalpia pero con signo contrario. A B

B A

∆Hº = +3 ∆Hº = -3

Esta ley también se rige por el principio de la conservación de energía. Ley de Hess Permite evaluar el cambio de entalpia en reacciones, que son difíciles de estudiar de manera experimental. Se aplican sumatorias de ecuaciones conocidas con sus respectivas entalpias.

Ejemplo: Hallar la entalpía de combustión del gas metano.

∆Hº=74.8KJ/mol ∆Hº= - 285.3KJ/mol ∆Hº= - 393.5KJ/mol ∆Hº= - 889.3KJ/mol

Mediante la adición de 3 ecuaciones y sus correspondientes ∆Hº se obtiene la variación de entalpía de la combustión del metano.

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