Pregrado
  1. Química general  1.1. Introducción a la Química  1.2. Estructura atómica  1.2.1. Partículas subatómicas  1.2.2. Modelo Atómico  1.2.3. Números cuánticos  1.2.4. Configuración Electrónica  1.2.5. Tendencias periódicas  1.2.6. Isotopes and their applications  1.3. Enlace químico  1.3.1. Enlace iónico  1.3.2. Enlaces covalentes  1.3.3. Enlace Metálico  1.3.4. Hibridación  1.3.5. Geometría molecular y teoría VSEPR  1.3.6. Polaridad del enlace y momento dipolar  1.4. Estequiometría  1.4.1. Concepto de mol  1.4.2. Fórmula empírica y molecular  1.4.3. Reactante limitante y reactante en exceso  1.4.4. Porcentaje de Rendimiento y Pureza  1.4.5. Cálculo de dilución  1.5. Estados de la materia  1.5.1. Leyes de los Gases  1.5.2. Materia y Fuerzas Intermoleculares  1.5.3. Estructuras Sólidas y Cristalinas  1.5.4. Diagrama de fases  1.5.5. Plasma y fluido supercrítico  1.6. Reacciones químicas  1.6.1. Tipos de Reacciones Químicas  1.6.2. Balanceo de ecuaciones químicas  1.6.3. Reacciones termoquímicas  1.6.4. Perfiles de energía de reacción  1.7. Soluciones y mezclas  1.7.1. Unidades de concentración  1.7.2. Propiedades del síndrome  1.7.3. Solubilidad y Reglas de Solubilidad  1.7.4. La ley de Henry y la ley de Raoult  1.7.5. Coeficiente de partición  1.8. Equilibrio químico  1.8.1. La ley de acción de masas  1.8.2. El principio de Le Chatelier  1.8.3. Cociente de reacción  1.8.4. Para usar esta calculadora en línea para la constante de equilibrio, ingrese la constante de equilibrio (Eq.) y presione el botón de calcular. Aquí es cómo se puede explicar el cálculo de la constante de equilibrio con los valores de entrada dados -> 0.05 = 0.05/0.  1.8.5. Equilibrio ácido-base  1.9. Ácidos y bases  1.9.1. Definiciones de Arrhenius, Brønsted–Lowry y Lewis  1.9.2. pH y pOH  1.9.3. Titulación ácido-base  1.9.4. Solución Buffer  1.9.5. Indicador ácido-base  1.9.6. Polyprotic Acids and Bases  1.10. Electroquímica  1.10.1. reacciones redox  1.10.2. Celdas Galvánicas y Electrolíticas  1.10.3. Ecuación de Nernst  1.10.4. Electrólisis  1.10.5. Leyes de Faraday de la electrólisis  1.11. Termodinámica  1.11.1. Leyes de la Termodinámica  1.11.2. Entalpía, entropía y energía libre de Gibbs  1.11.3. Espontaneidad de las reacciones  1.11.4. Ciclos termodinámicos (Ley de Hess, ciclo de Carnot)  1.12. Cinética  1.12.1. La ley de velocidad y el orden de reacción  1.12.2. Energía de Activación y Catalizador  1.12.3. Teoría de colisiones  1.12.4. Mecanismo de reacción  1.12.5. Teoría del estado de transición
  2. Química orgánica  2.1. Estructura y relaciones  2.1.1. Hibridación en Compuestos de Carbono  2.1.2. Resonancia y aromatización  2.1.3. Orbitales moleculares  2.1.4. Efectos inductivo y mesomérico  2.2. Hidrocarburos  2.2.1. Hidrocarburos  2.2.2. Alqueno  2.2.3. Alquinos  2.2.4. Compuestos aromáticos  2.2.5. Cicloalcanos y Conformación  2.3. Grupo Funcional  2.3.1. Alcoholes y fenoles  2.3.2. Éteres y epóxidos  2.3.3. Aldehídos y cetonas  2.3.4. Ácidos carboxílicos y derivados  2.3.5. Aminas  2.3.6. Ésteres y amidas  2.3.7. Tioles y sulfuros  2.4. Estereoscópico  2.4.1. Isomería en Estereoquímica  2.4.2. Quiralidad y actividad óptica  2.4.3. Análisis estructural  2.4.4. Diastereómeros y Enantiómeros  2.5.1. Reacciones de sustitución  2.5.2. Reacciones de eliminación  2.5.3. Reacciones de adición  2.5.4. Reacciones radicales  2.5.5. Reacciones de reordenamiento  2.5.6. Reacciones Pericíclicas  2.6. Espectroscopía y análisis estructural  2.6.1. Espectroscopía Infrarroja  2.6.2. Espectroscopía por resonancia magnética nuclear  2.6.3. Espectrometría de masas  2.6.4. Espectroscopia UV-visible  2.6.5. Cristalografía de rayos X  2.7. Química de polímeros  2.7.1. Polímeros de Adición y Condensación  2.7.2. Mecanismo de polimerización  2.7.3. Polímero biodegradable  2.7.4. Polímeros conductores e inteligentes
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Ligandos y compuestos de coordinación  3.1.2. Teoría del campo cristalino  3.1.3. Teoría de Orbitales Moleculares en Compuestos de Coordinación  3.1.4. Distorsión de Jahn–Taylor  3.2. Química del grupo principal  3.2.1. Metales alcalinos y alcalinotérreos  3.2.2. Halógenos y Gases Nobles  3.2.3. Los metales de transición y sus complejos  3.2.4. Lantánidos y Actínidos  3.3. Solid state chemistry  3.3.1. Redes cristalinas y celdas unitarias  3.3.2. Defectos en sólidos  3.3.3. Propiedades eléctricas y magnéticas  3.3.4. Superconductividad  3.4. Química bioinorgánica  3.4.1. Iones metálicos en biología  3.4.2. Reacciones enzimáticas con metales  3.4.3. Intoxicación por metales y desintoxicación  3.4.4. Metaloproteínas y Metaloenzimas
  4. Química física  4.1. Química Cuántica  4.1.1. Dualidad onda-partícula  4.1.2. Ecuación de Schrödinger  4.1.3. Números Cuánticos y Orbitales  4.1.4. Espectroscopía atómica y molecular  4.2. Mecánica estadística  4.2.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  4.2.2. Funciones de partición  4.2.3. Estadísticas de Bose-Einstein y Fermi-Dirac  4.3. Termodinámica química  4.3.1. Energía Libre de Gibbs  4.3.2. Transición de fase  4.3.3. Eficiencia termodinámica  4.4. Química de superficies  4.4.1. Absorción y Catálisis  4.4.2. Coloides y Emulsiones
  5. Química Analítica  5.1. Métodos clásicos  5.1.1. Análisis Gravimétrico  5.1.2. titrímetro  5.2. Métodos instrumentales  5.2.1. Cromatografía  5.2.2. Espectroscopía  5.2.3. Métodos electroanalíticos  5.2.4. Difracción de rayos X
  6. Química Industrial  6.1. Petroquímica  6.2. Principios de ingeniería química  6.3. Química Verde  6.4. Farmacéuticos y Síntesis de Medicamentos
  7. Bioquímica  7.1. Carbohidratos  7.2. Proteínas y enzimas  7.3. Lípidos y membranas  7.4. Ácidos nucleicos  7.5. Metabolismo y Bioenergética  7.6. Cinética enzimática y mecanismo

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Ciclos termodinámicos (Ley de Hess, ciclo de Carnot)


La termodinámica es una rama de la física que se ocupa del calor y la temperatura y su relación con la energía y el trabajo. En el campo de la química, especialmente la química general a nivel de pregrado, dos conceptos importantes son la Ley de Hess y el ciclo de Carnot. Estos conceptos ayudan a comprender cómo se conserva y se transfiere la energía en reacciones químicas y procesos mecánicos.

Ley de Hess

La ley de Hess es un principio poderoso que establece que el cambio total de entalpía en una reacción química es el mismo, ya sea que la reacción ocurra en un solo paso o en múltiples pasos. En términos simples, el cambio de entalpía de una reacción es independiente del camino, siempre que las condiciones iniciales y finales sean las mismas. Este principio es útil para calcular cambios de entalpía que son difíciles de medir directamente.

Comprensión de la ley de Hess a través de un ejemplo

Considere una reacción en la que el carbono reacciona con el oxígeno para formar dióxido de carbono:

C(s) + O 2 (g) → CO 2 (g)

Esta reacción se puede dividir en dos pasos:

  1. El carbono reacciona con medio mol de oxígeno para formar monóxido de carbono:
    2. C(s) + 1/2 O 2 (g) → CO(g) ΔH 1
  2. El monóxido de carbono reacciona con medio mol de oxígeno para formar dióxido de carbono:
    3. CO(g) + 1/2 O 2 (g) → CO 2 (g) ΔH 2

Según la ley de Hess, el cambio total de entalpía para una reacción directa es igual a la suma de los cambios de entalpía de los dos pasos:

ΔH = ΔH 1 + ΔH 2

Aplicación práctica de la ley de Hess

En la práctica, los químicos suelen utilizar la ley de Hess para determinar cambios de entalpía de reacciones que son difíciles de medir directamente. Por ejemplo, considere el cambio de entalpía para la reacción del grafito con oxígeno para formar dióxido de carbono. La medición directa es difícil, pero usando la ley de Hess, la reacción se puede estimar a partir de la entalpía de combustión del grafito y el monóxido de carbono.

Ciclo de Carnot

El ciclo de Carnot es un ciclo teórico que representa el motor térmico más eficiente posible. Nombrado en honor a Sadi Carnot, este ciclo se centra en convertir energía térmica en trabajo y establece un punto de referencia para la eficiencia del motor. El ciclo de Carnot está compuesto por cuatro pasos reversibles: dos procesos isotérmicos y dos procesos adiabáticos.

Cuatro pasos del ciclo de Carnot

Vamos a explorar cada paso con ejemplos visuales:

1. Expansión isotérmica

En la primera etapa, se permite que el gas se expanda isotérmicamente a una temperatura más alta. Durante esta expansión, el gas absorbe calor, manteniendo la temperatura constante. La sustancia realiza trabajo mientras se expande.

2. Expansión adiabática

El gas continúa expandiéndose, pero esta vez sin intercambio de calor, llamado expansión adiabática. El gas realiza trabajo sobre el entorno, causando que la temperatura disminuya.

3. Compresión isotérmica

Posteriormente, el gas se somete a compresión isotérmica a una temperatura más baja, el medio cede calor al ambiente circundante. La energía interna del sistema disminuye y la sustancia se enfría.

4. Compresión adiabática

Finalmente, el gas se comprime adiabáticamente. No se transfiere calor durante este proceso, por lo que la temperatura del gas aumenta a medida que se le realiza trabajo, preparándolo para otro ciclo.

Eficiencia del ciclo de Carnot

La eficiencia de un motor Carnot está determinada por las temperaturas entre las que opera. Se puede expresar como:

Eficiencia = 1 - (T c /T h )

donde T c es la temperatura del depósito frío, y T h es la temperatura del depósito caliente, ambas en Kelvin.

Importancia en aplicaciones del mundo real

El ciclo de Carnot proporciona un modelo para entender los límites de eficiencia en motores del mundo real. Aunque ningún motor real puede alcanzar la eficiencia de Carnot debido a la irreversibilidad y la fricción, los conceptos derivados de este ciclo teórico influyen en el diseño y la mejora de motores reales.

Conclusión

En resumen, tanto la ley de Hess como el ciclo de Carnot son conceptos fundamentales en la termodinámica que contribuyen a nuestra comprensión de las transformaciones de energía y la eficiencia en sistemas químicos y mecánicos. La ley de Hess permite a los químicos calcular cambios de entalpía indirectamente, mientras que el ciclo de Carnot establece el estándar para la máxima eficiencia teórica de los motores térmicos. Juntos, estos principios no solo profundizan nuestra comprensión de los sistemas termodinámicos, sino que también ayudan a avanzar en los avances tecnológicos en conversión de energía e ingeniería química.


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Ciclos termodinámicos (Ley de Hess, ciclo de Carnot)

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