Tipos de Reacciones Químicas

Combinación o Síntesis: Dos o más reactivos se combinan para formar un único producto, por ejemplo, la obtención de Amoniaco.

Descomposición: Una sustancia se descompone para formar más de un producto, por ejemplo, la descomposición del carbonato de calcio.

Desplazamiento o Sustitución: Se reemplazan uno o más átomos al formarse los reactivos en productos, por ejemplo, la neutralización del ácido nítrico con NaOH.

Clasificación de Reacciones según su Comportamiento

• Ácido-base
• Óxido-reducción
• Precipitación

Si cambia el número de oxidación de los átomos, es ÓXIDO-REDUCCIÓN.

Si participan ácidos e hidróxidos, son reacciones ÁCIDO-BASE.

Si se produce un precipitado, es de PRECIPITACIÓN.

A medida que transcurren los productos, se descomponen para volver a formar reactivos, son REVERSIBLES (Doble flecha en la reacción).

Todas las sustancias que reaccionan se convierten en productos, es decir, la reacción transcurre en sentido directo, IRREVERSIBLE.

En la mayoría de las reacciones se involucran cambios energéticos, gracias a la ruptura y la formación de enlaces.

Termodinámica y Termoquímica

TERMODINÁMICA: Disciplina que se ocupa del estudio de las reacciones entre el calor y diferentes formas de energía. Se basa en leyes y principios.

TERMOQUÍMICA: Es la parte de la termodinámica que estudia los intercambios de calor que ocurren en las reacciones químicas.

Sistemas Químicos

• Sistema: Parte del universo que se aísla para su estudio.
• Todo sistema se halla rodeado de un entorno o medio externo, con el cual puede establecer o no relaciones.
• Estos pueden ser:
  • Abiertos: Intercambian materia y energía con el entorno.
  • Cerrados: Solo intercambian energía con el entorno.
  • Aislados: No intercambian ni materia ni energía.

Energía

ENERGÍA: Capacidad de un cuerpo o sistema para producir trabajo.

Principio de la Conservación de la Energía: La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

Energía Total (ET): Es la suma de tres formas básicas de energía:

• CINÉTICA (EC): Producto del movimiento del sistema.
• POTENCIAL (EP): Determinada por la posición del sistema en presencia de diferentes campos de fuerzas.
• INTERNA (V): Relacionada directamente con las características químicas del sistema. ET = EC + EP + V

Formas de Energía Interna:

• Energía de enlace, mantiene unidos a los átomos de una molécula.
• Energía producto de las fuerzas intermoleculares que vinculan las moléculas.
• Energía de vibración de los átomos que constituyen las moléculas.
• Energía de traslación de los átomos y moléculas.
• Energía de rotación de las moléculas o átomos.
• Energía producto del movimiento de los electrones.

Variable de Estado: Magnitudes macroscópicas como ser, presión, volumen, temperatura y composición del sistema. Estas variables no son independientes unas de otras.

Un sistema está en equilibrio cuando las variables se mantienen constantes.

Función de Estado: Son aquellas propiedades del sistema que tienen valor único y definido para cada estado.

Calor: Es una forma de transferencia de energía que involucra una diferencia de temperaturas entre el sistema y el medio externo.

Temperatura: Nivel alcanzado en la escala de un termómetro cuando este se pone en contacto con el sistema a analizar.

Trabajo (w): Es otro mecanismo de transferencia de energía, se define como el producto de una fuerza aplicada sobre un cuerpo, multiplicado por la distancia que recorre ese cuerpo: w = f * d

Por convención, el calor aportado al sistema y el trabajo realizado sobre el sistema se les asigna +.

El calor desprendido por el sistema se le asigna –.

Primer Principio de la Termodinámica

Si un sistema cerrado contiene agua a temperatura ambiente, es posible aumentar su energía interna calentando el agua (se entrega calor al sistema) o agitando con una varilla (se entrega trabajo). En ambos casos, debido al crecimiento de la temperatura, aumenta el movimiento de las moléculas y el valor de la energía interna del sistema. La energía ganada por el sistema tiene que ser igual a la que pierde el entorno.

Entalpía (H)

La energía potencial interna que tiene almacenada un sistema a presión constante se denomina entalpía o contenido calórico.

• EXOTÉRMICAS: Reacciones químicas que liberan calor.
• ENDOTÉRMICAS: Absorben calor.

La variación de H de una reacción química depende de diversos factores. Para comparar diferentes reacciones, existen tablas de valores de entalpía estándar H°.

Leyes de la Termodinámica

Ley de Lavoisier-Laplace: El calor absorbido o liberado al producirse una reacción química es igual al calor liberado o absorbido cuando se lleva a cabo la reacción en sentido inverso. Es posible invertir cualquier ecuación termodinámica cambiando el signo del calor puesto en juego.

Ley de Hess: El calor intercambiado en una reacción química es el mismo independientemente de si la transformación se lleva a cabo en una o varias etapas. Una consecuencia importante es que las ecuaciones termodinámicas se pueden sumar algebraicamente.

Energía de Enlace

ENERGÍA DE ENLACE: Es la energía mínima para romper un enlace determinado en un mol de moléculas en estado gaseoso, o como la energía desprendida durante la formación de ese enlace. Cuanto mayor es el valor absoluto de la energía, más fuerte es el enlace y más energía se necesita. A presión constante, los valores de las energías de enlaces pueden utilizarse para calcular la variación de entalpía de una reacción.