Grado 11
  1. Conceptos básicos de química  1.1. Importancia de la Química  1.2. Naturaleza y alcance de la química  1.3. leyes de la combinación química  1.3.1. Ley de conservación de la masa  1.3.2. La ley de las proporciones definidas  1.3.3. Ley de las proporciones múltiples  1.3.4. Ley de los volúmenes de gases  1.3.5. Ley de Avogadro  1.4. La teoría atómica de Dalton  1.5. Concepto de mol y masa molar  1.6. Composición porcentual  1.7. Fórmula empírica y molecular  1.8. Estequiometría y Cálculos Estequiométricos  1.9. Concepto de reactivo limitante
  2. Estructura del átomo  2.1. Descubrimiento del electrón, protón y neutrón  2.2. Modelo Atómico  2.2.1. Modelo de Thomson  2.2.2. El modelo de Rutherford  2.2.3. Modelo de Bohr  2.3. Modelo mecánico cuántico del átomo  2.4. Doble naturaleza de la materia y la radiación  2.5. El principio de incertidumbre de Heisenberg  2.6. Numeros cuánticos  2.7. Orbitales atómicos y sus formas  2.8. Configuración electrónica de los elementos  2.9. Aufbau principle  2.10. El principio de exclusión de Pauli  2.11. Regla de máxima multiplicidad de Hund  2.12. La hipótesis de De Broglie  2.13. Efecto fotoeléctrico
  3. Clasificación de elementos y periodicidad en propiedades  3.1. Desarrollo histórico de la tabla periódica  3.2. Ley Periódica Moderna y Tabla Periódica  3.3. Tendencias periódicas en propiedades  3.3.1. Radio Atómico e Iónico  3.3.2. Entalpía de ionización  3.3.3. Entalpía de ganancia de electrones  3.3.4. Electronegatividad  3.3.5. Valencia  3.3.6. Propiedades Metálicas y No Metálicas  3.3.7. Estados de oxidación  3.4. Propiedades Inusuales de los Primeros Elementos
  4. Enlace Químico y Estructura Molecular  4.1. Enfoque de Kossel-Lewis sobre el enlace químico  4.2. Enlace iónico o electrovalente  4.3. Enlace covalente y sus características  4.4. Parámetros de enlace  4.5. Teoría VSEPR  4.6. Teoría del enlace de valencia  4.7. Hibridación y sus tipos  4.8. Teoría del orbital molecular  4.8.1. Orden de enlace y estabilidad  4.9. Enlace de hidrógeno
  5. Estados de la materia  5.1. Fuerzas intermoleculares  5.2. Leyes de los gases  5.2.1. La ley de Boyle  5.2.2. La ley de Charles  5.2.3. La Ley de Avogadro  5.2.4. La ley de Dalton de las presiones parciales  5.2.5. La ley de difusión de Graham  5.3. Ecuación del Gas Ideal y Aplicaciones  5.4. Gases reales y desviaciones del comportamiento ideal  5.5. Teoría cinética molecular de los gases  5.6. Licuefacción de gases  5.7. Propiedades de los líquidos  5.8. Tensión superficial y viscosidad
  6. Thermodynamics  6.1. Sistema y entorno  6.2. Tipos de sistemas en termodinámica  6.3. Types of procedures  6.4. Primera ley de la termodinámica  6.5. Energía interna y entalpía  6.6. Capacidad calorífica y calor específico  6.7. La ley de Hess de la suma constante de calor  6.8. Entalpía de disociación de enlace  6.9. Entalpía de formación y combustión  6.10. Entalpía de disolución y neutralización  6.11. Espontaneidad y la segunda ley de la termodinámica  6.12. Energía libre de Gibbs y sus aplicaciones
  7. Equilibrio  7.1. El concepto de equilibrio  7.2. Constante de equilibrio y sus aplicaciones  7.3. El principio de Le Chatelier  7.4. Equilibrio iónico en soluciones  7.5. Teoría de Ácidos y Bases  7.5.1. Concepto de Arrhenius  7.5.2. Concepto de Bronsted-Lowry  7.5.3. Concepto de Lewis  7.6. Escala de pH y pOH  7.7. Common ion effect  7.8. Hidrólisis de sales  7.9. Sistemas tampón y su mecanismo de acción  7.10. Equilibrio de solubilidad de sales poco solubles
  8. Reacciones Redox  8.1. Oxidation and reduction concepts  8.2. Número de oxidación y sus aplicaciones  8.3. Reacciones Redox en términos de transferencia de electrones  8.4. Balanceando reacciones redox (métodos de número de oxidación y ion-electrón)  8.5. Tipos de reacciones redox  8.6. Celdas Electroquímicas y Reacciones Redox
  9. Hidrógeno  9.1. Posición del Hidrógeno en la Tabla Periódica  9.2. Isótopos de hidrógeno  9.3. Preparación de Hidrógeno  9.4. Propiedades del Hidrógeno  9.5. Hidruros y su clasificación  9.6. Agua y agua pesada  9.7. El peróxido de hidrógeno y sus propiedades  9.8. Usos del hidrógeno y sus compuestos
  10. Elementos del bloque s (metales alcalinos y alcalinotérreos)  10.1. Elementos del Grupo 1 - Propiedades y Tendencias  10.2. Elementos del Grupo 2 - Propiedades y Tendencias  10.3. Propiedades inusuales del litio y berilio  10.4. Compuestos importantes del sodio y sus usos  10.5. Compuestos importantes de magnesio y calcio
  11. Algunos elementos del bloque p  11.1. Introducción General a los Elementos del Bloque p  11.2. Elementos del Grupo 13  11.2.1. Boro y sus compuestos  11.3. Elementos del Grupo 14  11.3.1. El carbono y sus alótropos  11.3.2. Compuestos Importantes de Carbono y Silicio
  12. Química Orgánica - Algunos Principios y Técnicas Básicas  12.1. Clasificación y Nomenclatura de Compuestos Orgánicos  12.2. Representación estructural de compuestos orgánicos  12.3. Clasificación de reacciones orgánicas  12.4. Efectos Electrónicos en Química Orgánica  12.4.1. Efecto inductivo  12.4.2. Efecto de resonancia  12.4.3. Hiperconjugación  12.5. Mecanismo de reacción y especies intermedias  12.6. Purificación y análisis cualitativo de compuestos orgánicos
  13. Hidrocarburos  13.1. Hidrocarburos  13.1.1. Preparación y Propiedades de los Alquenos  13.2. Alqueno  13.2.1. Preparación y Propiedades de los Alquenos  13.2.2. Reacciones de adición electrofílica  13.3. Alquinos  13.3.1. Preparación y Propiedades de Los Alquinos  13.4. Hidrocarburos aromáticos  13.4.1. Estructura y propiedades del benceno  13.4.2. Reacciones de sustitución electrofílica del benceno
  14. Química Ambiental  14.1. Contaminación Ambiental  14.2. Contaminación atmosférica y el efecto invernadero  14.3. Contaminación del agua y métodos de tratamiento  14.4. Contaminación del suelo y sus efectos  14.5. Residuos industriales y su tratamiento  14.6. Estrategias para el control de la contaminación

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Capacidad calorífica y calor específico


Comprender cómo las sustancias absorben y almacenan energía térmica es importante en la termodinámica, una parte fundamental de la química y la física. Dos conceptos esenciales que describen estos procesos son capacidad calorífica y calor específico. En esta explicación comprensiva, comprenderemos estos conceptos de manera accesible y proporcionaremos muchos ejemplos para ilustrar sus aplicaciones.

¿Qué es la capacidad calorífica?

La capacidad calorífica es la cantidad de energía calorífica necesaria para cambiar la temperatura de un objeto o sustancia en una cierta cantidad. Es una propiedad extensiva, lo que significa que depende de la cantidad de materia o del tamaño del objeto. Esto significa que los objetos o cantidades de materia más grandes tienen una mayor capacidad calorífica porque hay más espacio para calentarlos.

La fórmula para la capacidad calorífica (C) es:

C = Q / ΔT

Donde:

  • Q es el calor añadido (en julios o kilocalorías).
  • ΔT es el cambio de temperatura (en Celsius o Kelvin).

Por ejemplo, considera calentar una olla grande de agua en la estufa. La olla tiene una alta capacidad calorífica porque se requiere una cantidad considerable de energía para aumentar su temperatura. Si viertes un poco de agua de la olla en una sartén más pequeña y calientas eso, el agua en la sartén más pequeña se calentará mucho más rápido que en la olla porque tiene una menor capacidad calorífica.

¿Qué es el calor específico?

El calor específico es una propiedad más intrínseca, que se refiere a la cantidad de calor necesaria para cambiar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado Celsius (o un Kelvin). Es una propiedad intensiva, lo que significa que no depende de la cantidad de sustancia o del tamaño del sistema. En comparación, el calor específico es un valor más útil para químicos y físicos porque describe el material en lugar de la cantidad del material.

La fórmula para el calor específico (c) es:

c = Q / (m * ΔT)

Donde:

  • Q es la energía calorífica suministrada (en julios).
  • m es la masa de la sustancia (en kilogramos o gramos).
  • ΔT es el cambio de temperatura (en Celsius o Kelvin).

El calor específico ayuda a comparar cómo diferentes sustancias reaccionan a la misma entrada de calor. Por ejemplo, el calor específico del agua es aproximadamente 4.18 J/g°C. Esto significa que se necesitan 4.18 J de energía para aumentar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius. Esto es relativamente alto en comparación con metales como el hierro, que tienen un valor de calor específico más bajo.

Comparación de capacidad calorífica y calor específico

Si bien tanto la capacidad calorífica como el calor específico describen la respuesta de un objeto o sustancia a la energía calorífica, tienen diferencias importantes debido a su dependencia de la masa. La capacidad calorífica se preocupa más por la cantidad total de calor que un sistema puede absorber, mientras que el calor específico se enfoca en cómo se comporta un tipo particular de material al recibir calor.

Aquí hay un ejemplo práctico para aclarar esto: imagina un vaso de agua y una piscina. Mientras que la piscina tiene una capacidad calorífica mucho mayor que el vaso de agua porque contiene mucha más agua, el calor específico del agua en el vaso es el mismo que el del agua en la piscina. Ambos requieren la misma cantidad de energía por unidad de masa para cambiar la temperatura en un grado, lo que resalta cómo el calor específico es independiente del tamaño del sistema.

Ejemplos y aplicaciones

Ejemplo 1: Cálculo del calor absorbido por el agua

Supongamos que tienes una muestra de 100 gramos de agua y quieres calcular el calor absorbido a medida que su temperatura sube de 25°C a 75°C. Dado que el calor específico del agua es de 4.18 julios/gramo°C, puedes usar la fórmula para el calor específico para encontrar la respuesta:

Q = m * c * ΔT
Q = 100g * 4.18 J/g°C * (75°C - 25°C)
Q = 100g * 4.18 J/g°C * 50°C
Q = 20900 J

El agua absorbe 20900 julios de energía calorífica.

Ejemplo 2: Comprensión de diferentes materiales

Considera dos materiales diferentes: aluminio y cobre. El calor específico del aluminio es de aproximadamente 0.897 J/g°C, y el del cobre es de aproximadamente 0.385 J/g°C. Supongamos que tienes 150 gramos de cada uno y ambos comienzan a la misma temperatura inicial. Si le agregas la misma cantidad de energía calorífica a cada uno, la temperatura del cobre aumentará más porque tiene un calor específico más bajo.

Este principio es la razón por la cual materiales como el cobre y el aluminio se eligen a menudo para usar en utensilios de cocina e intercambiadores de calor; se calientan rápidamente y transfieren eficientemente la energía calorífica.

Ejemplo visual

Ejemplo 3: Curvas de enfriamiento y calentamiento

También puede ser muy ilustrativo visualizar cómo cambia la temperatura de las sustancias. Cuando se calienta o enfría una sustancia, puede pasar por diferentes fases, cada una de las cuales tiene una capacidad calorífica diferente.

Tiempo temperatura Sólido sólido + líquido líquido Líquido + Gas

Esta curva de temperatura muestra cómo podría comportarse una sustancia común cuando se le aplica calor. Inicialmente, cuando la sustancia está en estado sólido, su temperatura aumenta de manera constante. Cuando el sólido se derrite y cambia a líquido, la temperatura se mantiene constante, aunque el calor sigue siendo añadido. Esto se debe a que la energía se utiliza para cambiar de estado en lugar de aumentar la temperatura. Este proceso también ocurre durante la ebullición, donde la temperatura se mantiene constante mientras el líquido se convierte en gas.

El calor específico y la capacidad calorífica variarán durante cada etapa y transición, porque cada etapa requiere una cantidad diferente de energía para cambiar la temperatura o el estado.

Aplicaciones adicionales: clima de la Tierra

La capacidad calorífica y el calor específico tienen importantes implicaciones más allá de aplicaciones personales o a escala de laboratorio. Un ejemplo importante de esto es el sistema climático de la Tierra. Grandes cuerpos de agua como los océanos tienen una alta capacidad calorífica. Absorben una cantidad sustancial de energía solar sin experimentar grandes cambios de temperatura, lo que ayuda a moderar el clima y desempeña un papel importante en los patrones de clima y clima.

Debido a que el calor específico del agua es mayor que el de la tierra, las áreas costeras suelen experimentar climas más suaves que los lugares del interior donde las fluctuaciones de temperatura son mayores. En verano, los océanos absorben y almacenan calor, causando que las temperaturas aumenten. En invierno, liberan el calor almacenado, causando que las temperaturas bajen.

Conclusión

Los conceptos de capacidad calorífica y calor específico son fundamentales para entender cómo las sustancias interactúan con la energía térmica. Al investigar estas propiedades, los científicos e ingenieros pueden diseñar mejores sistemas para calentar, enfriar y transferir energía. Ya sea en dispositivos cotidianos, sistemas industriales o fenómenos naturales, estos principios proporcionan una base para predecir y optimizar las interacciones térmicas en nuestro mundo.


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