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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Química física


La química física es una rama de la química que se centra en comprender las propiedades físicas de las moléculas, las fuerzas que actúan sobre ellas y los cambios de energía que ocurren durante las reacciones químicas. Combina los principios de la física y la química para estudiar cómo las moléculas interactúan entre sí y con la energía. El campo sirve como un puente entre la química pura y la física y tiene aplicaciones en varios dominios científicos y de ingeniería.

Termodinámica

La termodinámica es una área importante de la química física que se ocupa del estudio de la energía, el calor y el trabajo en los procesos químicos. Se basa en las leyes que describen cómo se conserva y transforma la energía. Comprender la termodinámica es esencial para predecir qué reacciones pueden ser espontáneas y cuánta energía se necesita para impulsar las reacciones.

Leyes de la termodinámica

  1. Primera Ley: Esta ley también se llama la ley de conservación de la energía. Afirma que la energía no puede ser creada ni destruida en un sistema aislado. Matemáticamente, se expresa como: 
    ΔU = Q - W
    donde ΔU es el cambio en la energía interna, Q es el calor añadido al sistema, y W es el trabajo realizado por el sistema.
  2. Segunda Ley: Esta ley establece que la entropía total de un sistema aislado nunca puede disminuir con el tiempo. Implica que la energía tiene calidad además de cantidad. La entropía, una medida del desorden, aumenta con el tiempo en procesos espontáneos.
  3. Tercera Ley: Establece que la entropía de un cristal ideal en cero absoluto es exactamente cero. Proporciona un punto de referencia para medir la entropía.
  4. Ley Cero: Define la temperatura y establece que si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercer sistema, entonces también están en equilibrio térmico entre sí.

Ejemplo: Energía libre de Gibbs

Uno de los conceptos importantes derivados de la termodinámica es la energía libre de Gibbs, denotada como G. Combina entalpía y entropía en un solo valor para predecir la espontaneidad de un proceso a presión y temperatura constantes. La ecuación es:

G = H - T*S

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

Cinética

La cinética química es el estudio de la velocidad de las reacciones químicas. Nos ayuda a entender qué tan rápido ocurren las reacciones y qué factores afectan estas velocidades. Al estudiar la cinética, podemos proponer mecanismos y hacer predicciones sobre el comportamiento de las reacciones.

Velocidad de reacción

La velocidad de una reacción química puede expresarse como el cambio en la concentración del reactivo o producto por unidad de tiempo. Matemáticamente:

Velocidad = -Δ[A]/Δt = Δ[B]/Δt

donde [A] y [B] representan la concentración de reactivos y productos, respectivamente.

Ejemplo: Ley de velocidad

Las leyes de velocidad expresan la velocidad de una reacción en términos de la concentración de los reactivos. Una ley de velocidad general se ve así:

Velocidad = k[A]^m[B]^n

donde k es la constante de velocidad, y m y n son el orden de la reacción con respecto a los reactivos A y B.

Química cuántica

La química cuántica trata de la aplicación de la mecánica cuántica a los sistemas químicos. Proporciona un marco para entender la estructura electrónica de átomos y moléculas. Este campo es esencial para explicar la naturaleza de los enlaces químicos y la geometría molecular.

Función de onda y ecuación de Schrödinger

La ecuación básica en la química cuántica es la ecuación de Schrödinger. Describe cómo cambia el estado cuántico de un sistema físico a lo largo del tiempo:

HΨ = EΨ

donde H es el operador Hamiltoniano, Ψ es la función de onda, y E es la energía del sistema.

Ejemplo: Átomo de hidrógeno

Para el átomo de hidrógeno, las soluciones de la ecuación de Schrödinger dan lugar a niveles de energía cuantizados. Estos niveles de energía están asociados con orbitales atómicos que se utilizan para describir el estado de los electrones.

1s 2P

Mecánica estadística

La mecánica estadística conecta las propiedades macroscópicas de las sustancias con el comportamiento microscópico de átomos y moléculas. Proporciona una visión del comportamiento termodinámico de los sistemas desde el punto de vista molecular. Usando métodos estadísticos, propiedades como la temperatura y la presión pueden derivarse de la dinámica molecular.

Movimiento molecular y energía

En la mecánica estadística, el comportamiento de los sistemas se entiende a través de la distribución y el movimiento de partículas. El movimiento aleatorio y la velocidad de partículas como moléculas se consideran para determinar cantidades macroscópicas.

Ejemplo: Distribución de Boltzmann

La distribución de Boltzmann describe la distribución de energía entre las partículas en un sistema. Es importante para explicar cómo las moléculas llenan los niveles de energía.

Curva de Boltzmann

Electroquímica

La electroquímica estudia los procesos químicos que convierten la energía química en energía eléctrica y viceversa. Este campo incluye el estudio de las reacciones redox (reducción-oxidación) y su aplicación en baterías, celdas de combustible y electrólisis.

Reacciones redox

Las reacciones redox implican la transferencia de electrones entre reactivos. La sustancia que pierde electrones se oxida, y la que gana electrones se reduce.

Por ejemplo, considere una simple reacción redox:

Zn + Cu^2+ → Zn^2+ + Cu

Aquí, el zinc se oxida a Zn^2+, y los iones de cobre se reducen a cobre metálico.

Ejemplo: Celda galvánica

Una celda galvánica convierte la energía química en energía eléctrica. Consiste en dos semipilas conectadas por un puente salino, con electrodos donde tienen lugar las reacciones redox.

Zinc Cobre

Conclusión

La química física proporciona los principios fundamentales y modelos que explican cómo se comportan las sustancias químicas, cómo cambian y cómo la energía está involucrada en estos procesos. Este amplio campo tiene muchas aplicaciones prácticas en el desarrollo de nuevos materiales, la mejora de procesos industriales y la comprensión de sistemas biológicos. Al perseguir incansablemente el conocimiento en química física, los científicos pueden crear tecnologías avanzadas y resolver desafíos científicos complejos.


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