Termodinámica y Equilibrio Químico: Entropía, Energía Libre y Ácidos/Bases

Termodinámica y Espontaneidad de Reacciones

Entropía (S)

La entropía (S) es una medida del grado de desorden o aleatoriedad de las partículas en un sistema. Se calcula como:

△S = Sfinal – Sinicial

  • Proceso espontáneo: △S > 0
  • Proceso no espontáneo: △S < 0
  • Proceso en equilibrio: △S = 0

Cálculo de la Entropía en Reacciones

La variación de entropía en una reacción se calcula como:

△S = ∑△Sproductos – ∑△Sreactantes

Energía Libre de Gibbs (G)

La energía libre de Gibbs (G) relaciona la entalpía, la entropía y la temperatura de un sistema, permitiendo predecir la espontaneidad de una reacción. Se calcula como:

△G = Gfinal – Ginicial

Ejemplo: A → B | A + B(100) → C + D(20) | 20 – 100 = -80 (reduce energía, proceso espontáneo)

Reacciones según la Energía Libre

  • Reacción espontánea: Energía inicial +, pierde energía en el proceso, △G negativo.
  • Reacción no espontánea: Energía inicial -, requiere agregar energía, △G positivo.
  • Reacción en equilibrio: △G = 0

La relación entre energía libre, entalpía, entropía y temperatura se expresa como:

△G = △H – T° x △S

En equilibrio: △H = T° x △S

Ácidos y Bases

Definiciones

  • Ácido: Sabor ácido, presenta hidrógeno, conduce electricidad en solución acuosa.
  • Base: Sabor amargo, presenta oxígeno en su estructura, no conduce electricidad, produce espuma, jabonoso al tacto.

Teorías Ácido-Base

Teoría de Arrhenius

Un ácido es una sustancia que libera iones H+ en solución acuosa, mientras que una base libera aniones OH.

Teoría de Brønsted-Lowry

Un ácido es una sustancia que dona protones (H+), y una base es una sustancia que acepta protones (H+).

Constante de Disociación (K)

La constante de disociación indica el grado de disociación de un ácido o una base:

HA ⇌ H+ + A | K = [H+] x [A] / [HA]

En el agua:

H2O ⇌ H+ + OH

La constante de disociación del agua es 1 x 10-14.

En agua pura: [H+] = [OH] = 1 x 10-7 (solución neutra)

Se cumple que pH + pOH = 14

Escala de pH

  • pH = 7: Solución neutra
  • pH > 7: Solución básica
  • pH < 7: Solución ácida

Cálculo de pH y pOH

pH = -log[H+] | 14 – pH = pOH

pOH = -log[OH] | 14 – pOH = pH

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