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