Termoquímica

Energía y Calor

Energía: Capacidad para efectuar un trabajo o transferir calor. Calor es la transferencia de energía térmica entre dos cuerpos que están a temperaturas diferentes. Temperatura es una medida de energía térmica. Energía interna es la suma de las energías cinéticas y potenciales de todos los componentes del sistema (E). Es una función de estado que indica el calor absorbido o liberado por una reacción química a volumen constante.

Primer Principio de la Termodinámica

La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

E>0 es endotérmico. La energía interna es una función de estado.

Funciones de Estado

Energía, presión, volumen, temperatura (q y v no son funciones de estado), entalpía, entropía, energía libre de Gibbs.

Entalpía

La entalpía es una función de estado que indica el calor absorbido o liberado por una reacción química a presión constante. La entalpía se llama también calor de reacción. Es una propiedad extensiva (no depende de la masa).

Entalpía Estándar de Formación

Cambio de calor que resulta cuando 1 mol de un compuesto se forma a partir de sus elementos a 1 atm de presión.

Ley de Hess

Cuando los reactivos se convierten en productos, el cambio en la entalpía es el mismo independientemente si la reacción tiene lugar en un paso o en varios.

Reactividad Química en el Transporte Marítimo

Reacciones con Agua y Aire

Con agua: Hidrólisis e hidratación. Con aire: Combustión. Auto reactividad: Polimerización.

Combustión

Para que se produzca una combustión tiene que haber: combustible (vapor inflamable), comburente (oxígeno), fuente de ignición (chispa…). (Triángulo de fuego).

Propiedades de un Combustible

Volatilidad: Tendencia que tiene un líquido de producir gas por evaporación. Inflamabilidad: Facilidad que presenta un gas, líquido o sólido para encenderse y de la rapidez con que, una vez encendido, se propaga el fuego.

Punto de Inflamación (Flash Point)

«Temperatura mínima a la cual los vapores desprendidos de un combustible al acercarles una llama se inflaman momentáneamente». Extremadamente inflamable: (p.i <21ºC), (p.i 0ºC>35ºC).

Límites de Inflamabilidad

Límite inferior de inflamabilidad: Mínima concentración de un gas inflamable en el aire que permita la combustión en presencia de un foco de ignición. (LEL o LFL)
Límite superior de inflamabilidad: Máxima concentración de un gas inflamable en el aire que permite la combustión en presencia de un foco de ignición. (UEL o UFL)

Flash Point

Temperatura de inflamación. «Temperatura mínima a la cual un líquido desprende vapor en cantidades suficientemente significativas para formar con el aire una mezcla que puede encenderse en contacto con una fuente de ignición pero incapaz de mantenerse ardiendo.»

Fire Point (Temperatura de Ignición)

«Temperatura mínima a la cual los vapores desprendidos de combustible con el oxígeno del aire se inflaman al acercarle una llama y esta inflamación se mantiene al menos 5 segundos.»

Autoignition Point

Temperatura de autoignición. «Es la temperatura más baja a la que se inflama el combustible en contacto con el aire bajo la acción del calor, sin necesidad de contacto con una llama o chispa.»

Cloud Point

Temperatura a la cual las ceras del combustible se cristalizan.

Pour Point

La temperatura más baja a la cual el combustible fluye.

Diferencia entre Poder Calorífico Superior (PCS) e Inferior (PCI)

El PCS es el calor verdaderamente producido en la reacción de combustión y poder calorífico inferior para el calor realmente aprovechable, el producido sin aprovechar la energía de la condensación del agua y otros procesos de pequeña importancia.

Estados de Agregación

Presión de Vapor: Volatilidad

Cuando las partículas de vapor están en equilibrio dinámico con su líquido ejercen presión sobre la superficie del líquido y sobre las paredes del recipiente, y esa presión se llama presión de vapor. Nos indica la tendencia de un líquido a vaporizarse a una determinada temperatura, es decir, su volatilidad. Si la presión de vapor es alta significa que hay muchas moléculas vaporizadas y el líquido es muy volátil y las fuerzas intermoleculares del líquido son débiles. (Presión de vapor alta – líquido volátil – fuerzas intermoleculares débiles). La presión de vapor aumenta con la temperatura.

Punto de Ebullición

Temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión externa. Un líquido a baja presión tiene un punto de ebullición menor.

Temperatura Crítica (Tc)

Nos indica la máxima temperatura más alta a la que podemos licuar un gas aumentando la presión.

Disoluciones

Proceso de Disolución

Exotérmico: La sustancia se disolverá (espontáneo).

Tipos de Disoluciones

Disolución saturada: Aquella que contiene la máxima cantidad de un soluto que se disolverá en el disolvente a una temperatura específica. El soluto disuelto está en equilibrio dinámico con las partículas de soluto sólido.
Disolución insaturada: Contiene menor cantidad de soluto que la que es capaz de disolver el disolvente a una determinada temperatura.
Disolución sobresaturada: Contiene más soluto que el que puede haber en una disolución saturada a esta temperatura.

Solubilidad y Temperatura

La mayoría de los gases son menos solubles en agua a medida que aumenta la temperatura. La solubilidad de líquidos y sólidos no cambia apreciablemente con la presión mientras que la solubilidad de los gases aumenta con la presión.

Propiedades Coligativas

Dependen del número de partículas de soluto en la disolución y no de la naturaleza de las partículas del soluto: Disminución de la presión de vapor, aumento del punto de ebullición, descenso del punto de fusión, presión osmótica.

Ley de Henry

La presión externa no influye en la solubilidad de líquidos y sólidos pero sí influye en los gases, por la Ley de Henry, la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas sobre la disolución.

Cinética Química

Factores que Influyen en la Velocidad

Naturaleza química de los reactivos, concentración de los reactivos, facilidad de los reactivos para ponerse en contacto unos con otros, temperatura, catalizadores. En general, la velocidad aumenta con la temperatura.

Energía de Activación

Energía mínima, superior a la energía cinética media, que deben tener las moléculas cuando chocan para que tenga lugar una reacción.

Equilibrio Químico y Procesos Espontáneos

Constante de Equilibrio (Kc)

De qué depende el valor de Kc: Temperatura y de las concentraciones en el equilibrio.

Cociente de Reacción (Qc)

Qc > Kc: el sistema va de derecha a izquierda para alcanzar el equilibrio.
Qc = Kc: equilibrio.
Qc < Kc: el sistema va de izquierda a derecha para alcanzar el equilibrio.

Espontaneidad de las Reacciones

Las reacciones exotérmicas son espontáneas.

ΔG < 0: reacción espontánea.
ΔG = 0: equilibrio.
ΔG > 0: reacción no espontánea.
En Kc > 0: siempre van las concentraciones en el equilibrio.

Ácido-Base (ácido + base = sal + agua)

Ácido

Sustancia que produce H+ en agua.

Base

Sustancia que produce iones hidróxido en agua (OH-).

Brönsted y Lowry

Ácido: Sustancia que puede donar H+.
Base: Sustancia que acepta H+.

pH

pH = -log [H3O+].

Redox

Oxidación

Pierde electrones: Na -> Na+ + 1e-.

Reducción

Gana electrones: Na+ + 1e- -> Na.

Oxidante

Capta electrones (se reduce). Especie capaz de oxidar a otra.

Reductor

Cede electrones (se oxida). Especie capaz de reducir a otra.

Ánodo y Cátodo

Ánodo – oxidación, cátodo – reducción.

Tendencia a Reducirse

Los elementos más positivos tienen más tendencia a reducirse, es decir, son buenos oxidantes y viceversa.

Transporte de Productos Químicos

(1 explosivo, 2, 3 comburente y extremadamente inflamable, 4 fácilmente inflamable)

Productos Corrosivos

Muy corrosivos (clase a), corrosivos (b), menos corrosivos (c).

Toxicidad

Capacidad de una sustancia para producir daños en los tejidos vivos, lesiones en el sistema nervioso central, enfermedad grave o, en casos extremos, la muerte cuando se ingiere o se absorbe a través de la piel.

IDLH o IPVS

Concentración inmediatamente peligrosa para la vida y la salud.

TLV

Valores límite de toxicidad (Threshold Limit Value) y son valores límite para las sustancias químicas y agentes físicos en los ambientes de trabajo.

REL

Recomendaciones para límites de exposición a sustancias o condiciones peligrosas en ambientes de trabajo.

PEL

Límites de exposición profesional.

CMP o MAC

Concentraciones máximas permisibles en el aire.

NESP o TSEL

Niveles de exposición seguros provisionales.

VLA

Valores límite ambientales y son valores de referencia para las concentraciones de los agentes químicos en el aire.

VLB

Valores límite biológicos y son la referencia para valorar la concentración de un producto químico o derivado en un fluido biológico.

Clasificación MARPOL

Categoría X: Sustancias líquidas peligrosas y que descargadas en el mar representan un peligro para los recursos marinos y para la salud humana.
Categoría Y: Sustancias líquidas peligrosas y que descargadas en el mar representan un peligro para los recursos marinos y para la salud humana o van en perjuicio de los alicientes recreativos o de los usos legítimos de la mar.
Categoría Z: Igual, y representan un peligro leve tanto para los recursos marinos como para la salud humana.

Sustancias y Fuerzas Intermoleculares

Indicios de Fuerzas Moleculares Intensas en un Líquido

Elevado calor de vaporización y elevado punto de ebullición.

Indicios de Fuerzas Débiles

Elevada presión de vapor, baja viscosidad y bajo peso molecular.

Fuerza de los Enlaces de Menos a Más

Apolares, polares, puentes de hidrógeno (va aumentando con la fuerza del enlace la temperatura de ebullición, la densidad de fusión, la tensión superficial y el peso molecular).

Preguntas Exámenes: Termoquímica

El contenido energético de una sustancia aumenta a medida que aumenta su temperatura.
Las reacciones endotérmicas pueden desarrollarse a temperaturas lo suficientemente altas, si la variación de entropía de la reacción es positiva.