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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Termodinámica


La termodinámica es una rama de la química física que se ocupa del estudio de las transformaciones de energía en los procesos químicos. Entender las leyes de la termodinámica es importante para predecir cómo ocurren las reacciones químicas y para determinar la viabilidad y facilidad de los procesos químicos.

Conceptos básicos y definiciones

Para entender la termodinámica es necesario entender algunos conceptos básicos:

  • Sistema: Esto se refiere a la parte del universo que nos interesa estudiar. Esto podría ser una reacción dentro de un vaso de precipitados.
  • Entorno: Todo lo que está fuera del sistema.
  • Frontera: La separación entre el sistema y el entorno.
  • El estado de un sistema: definido por propiedades tales como presión, volumen, temperatura y composición.

Leyes de la termodinámica

Hay cuatro leyes de la termodinámica que nos ayudan a entender el flujo de energía. Estas leyes son fundamentales para la física y la química.

Primera ley de la termodinámica

La primera ley también se llama la ley de conservación de la energía. Establece que la energía no puede crearse ni destruirse, solo puede convertirse de una forma a otra.

ΔU = Q - W

Aquí, ΔU es el cambio en la energía interna del sistema, Q es el calor añadido al sistema, y W es el trabajo realizado por el sistema.

Por ejemplo, si calientas agua en una olla, la energía térmica de la estufa (alrededores) se transfiere al agua (sistema), aumentando su energía interna y haciéndola más caliente.

Segunda ley de la termodinámica

La segunda ley introduce el concepto de entropía, que es una medida de desorden o aleatoriedad en un sistema. Establece que para cualquier proceso espontáneo, la entropía total del sistema y sus alrededores siempre aumenta.

fuente de calorsumidero de calor

En el diagrama de arriba, una fuente de calor transfiere energía a un sumidero de calor. Durante este proceso, algo de energía siempre se disipa como no utilizable, aumentando la entropía total.

Tercera ley de la termodinámica

Esta ley establece que a medida que la temperatura de un sistema se aproxima al cero absoluto, la entropía de un cristal ideal se aproxima a un mínimo estable.

Piensa en ello como intentar poner todas las piezas de un rompecabezas en el orden correcto. A medida que la temperatura se aproxima al cero absoluto, el movimiento molecular efectivamente se detiene, y la entropía del sistema se aproxima a un mínimo.

Ley cero de la termodinámica

La ley cero de la termodinámica establece que si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercer sistema, entonces también están en equilibrio térmico entre sí. Esto es fundamental en la definición de la temperatura.

Sistema ASistema CEquilibrio térmicoSistema B

En la figura anterior, los sistemas A y C están cada uno en equilibrio térmico con el sistema B, por lo que A y C también están en equilibrio entre sí.

Entalpía y su importancia

La entalpía, denotada H, es una medida del contenido de calor en un sistema a presión constante. Es una función de estado detallada utilizada para determinar el calor intercambiado en reacciones químicas.

ΔH = ΔU + PΔV

donde ΔH es el cambio en entalpía, ΔU es el cambio en energía interna, P es la presión, y ΔV es el cambio en volumen.

Durante una reacción exotérmica (como la combustión) se libera calor, resultando en un ΔH negativo. Para una reacción endotérmica (como el derretimiento de hielo) se absorbe calor, y ΔH es positivo.

Energía libre de Gibbs

La energía libre de Gibbs, G, ayuda a predecir la espontaneidad de las reacciones a presión y temperatura constantes. Se define como:

G = H - TS

donde G es la energía libre de Gibbs, H es la entalpía, T es la temperatura, y S es la entropía.

Un cambio negativo en la energía libre de Gibbs (ΔG) indica un proceso espontáneo, mientras que un cambio positivo indica un proceso no espontáneo. Si ΔG = 0, el sistema está en equilibrio.

Aplicaciones de la termodinámica

La termodinámica juega un papel importante en varias ramas de la química y aplicaciones cotidianas, incluyendo:

  • Reacciones químicas: Ayuda a predecir la viabilidad de una reacción.
  • Transiciones de fase: Entendiendo el punto de fusión, punto de ebullición.
  • Ingeniería: En el diseño de motores y refrigeradores.

Por ejemplo, en la ingeniería, la termodinámica ayuda en el diseño de motores y sistemas de refrigeración optimizando los procesos para eficiencia energética. En los sistemas biológicos, ayuda a explicar cómo las células gestionan la energía a través de procesos como la respiración y la fotosíntesis.

Conclusión

La termodinámica proporciona principios esenciales que son ampliamente aplicables en la química y la ingeniería. Al comprender cómo se transforma y conserva la energía en los procesos químicos, los científicos pueden predecir y controlar los resultados de las reacciones químicas. Los conceptos de la segunda ley de entropía y la función de energía libre de Gibbs, en particular, son invaluables en el análisis de procesos químicos y su dirección hacia resultados deseados.


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