Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Fugacidad y actividad


En el vasto campo de la termodinámica dentro de la química física, los conceptos de fugacidad y actividad juegan un papel vital para ayudar a los científicos a entender cómo se comportan las sustancias bajo diversas condiciones. Con un enfoque en los procesos de equilibrio, la fugacidad y la actividad son particularmente esenciales al analizar gases reales y soluciones, donde el comportamiento ideal no siempre se aplica. Esta exploración detallada proporciona una comprensión simple pero completa de la fugacidad y la actividad, fortaleciendo nuestra comprensión de estos conceptos fundamentales en la química a nivel universitario.

Entendiendo la fugacidad

La fugacidad surge del reconocimiento de que los gases reales no obedecen estrictamente la ley de los gases ideales en todas las condiciones. La ley de los gases ideales se representa de la siguiente manera:

PV = nRT

La sugerencia es que la presión (P) y el volumen (V) deben ser proporcionales al producto de la cantidad de sustancia en moles (n), la constante universal de los gases (R) y la temperatura (T). Sin embargo, los gases reales se desvían de este comportamiento ideal debido a interacciones moleculares y ocupación de volumen.

El concepto de fugacidad, representado como f, fue introducido para superar las deficiencias de la ley de los gases ideales en la descripción del comportamiento de los gases reales. La fugacidad actúa como una presión correctora, que equilibra las discrepancias para asegurar la consistencia de las ecuaciones termodinámicas.

Definiendo la fugacidad matemáticamente

Para corregir el comportamiento no ideal, la fugacidad de un gas se define mediante la siguiente relación:

f = φP

donde f es la fugacidad, φ es el coeficiente de fugacidad, y P es la presión del gas. El coeficiente de fugacidad proporciona una medida del desvío del comportamiento ideal.

Para un gas ideal, φ = 1, por lo que la fugacidad es igual a la presión real. En contraste, para los gases reales, el coeficiente de fugacidad se desvía de la unidad cuando las condiciones de temperatura y presión cambian.

Interpretación gráfica de la fugacidad

gas ideal Gas real P V

En el gráfico anterior, la línea discontinua azul representa la relación esperada para un gas ideal, mientras que la curva roja representa la trayectoria real del gas debido al efecto de las interacciones moleculares. La curva roja muestra el ajuste de la fugacidad frente a la desviación de presión.

Fugacidad en la práctica

En términos prácticos, la fugacidad es extremadamente importante para describir con precisión el comportamiento de los gases en muchos procesos químicos, incluidas reacciones que ocurren a alta presión o que involucran gases comprimidos.

Entendiendo la actividad

La actividad captura el comportamiento real de las sustancias en soluciones o mezclas, al igual que la fugacidad funciona para los gases. Aunque las concentraciones de las sustancias pueden ser inocuas, las interacciones no ideales requieren una idea más precisa de la efectividad de la sustancia; la actividad logra esto.

Actividad para el soluto en solución

La actividad ayuda a mejorar la suposición del modelo ideal donde las interacciones son insignificantes. La actividad (a) de una sustancia en una solución puede describirse como:

a = γc

donde γ es el coeficiente de actividad y c es la concentración. El coeficiente de actividad representa el grado en que las interacciones se desvían de la idealidad.

Visualización de los coeficientes de actividad

La Solución Ideal Soluciones Reales A C

El gráfico muestra cómo las actividades se apartan de la linealidad que representa las soluciones ideales a medida que las interacciones reales se vuelven más importantes.

Importancia general en el equilibrio químico

En reacciones y procesos, las concentraciones efectivas de reactivos y productos determinan el avance y la extensión de las reacciones. Por lo tanto, la actividad es una métrica importante en el cálculo de la constante de equilibrio dentro del marco de la ley de acción de masas:

K = (a_C)^c (a_D)^d / (a_A)^a (a_B)^b

donde K es la constante de equilibrio, y los subíndices representan los coeficientes estequiométricos.

Vinculando fugacidad y actividad

Aunque la fugacidad y la actividad abordan diferentes estados de la materia y escenarios, tienen un objetivo común: corregir las suposiciones de modelado para proporcionar una imagen termodinámica más clara y precisa.

Fugacidad en relación con la constante de equilibrio

Para reacciones que involucran gases, la fugacidad reemplaza la presión en la constante de equilibrio para mayor precisión:

K = (f_C)^c (f_D)^d / (f_A)^a (f_B)^b

Conclusión

La fugacidad y la actividad son conceptos indispensables en la termodinámica para reflejar con precisión la verdadera naturaleza de los sistemas físicos. Tienen en cuenta las no-idealidades que surgen de interacciones del mundo real, proporcionando a químicos e ingenieros herramientas para modelar y predecir comportamientos del sistema.

En la química a nivel de posgrado, entender y aplicar estos conceptos ayuda a comprender procesos químicos complejos, guiar investigaciones futuras y mejorar prácticas experimentales e industriales. A medida que los científicos avanzan, dominar la fugacidad y la actividad se convierte en parte de crear modelos detallados que conectan supuestos teóricos con realidades prácticas.


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Fugacidad y actividad

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