QUÍMICA

MAGNITUDES QUÍMICAS - DINÁMICA QUÍMICA

La termoquímica viene del griego thermos que significa calor y química, consiste en el estudio de las transformaciones que sufre la energía calorífica en las reacciones químicas, surgiendo como una aplicación de la termodinámica a la química.

Frecuentemente podemos considerar que las reacciones químicas se producen a presión constante (atmósfera abierta, es decir, P=1 atm), o bien a volumen constante (el del receptáculo donde se estén realizando).

• Proceso a presión constante

El calor intercambiado en el proceso es equivalente a la variación de entalpía de la reacción. Q_p = Δ_rH

• Proceso a volumen constante

El calor que se intercambia en estas condiciones equivale a la variación de energía interna de la reacción. Q_v = Δ_rU.

Funciones de estado[editar]

Artículo principal: Función de estado

Las funciones de estado son variables termodinámicas que ayudan a la sociedad ; son las siguientes:

• entalpía
• energía interna
• entropía
• entalpía libre
• presión
• volumen
• temperatura

Ley de Hess[editar]

Artículo principal: Ley de Hess

Germain Henry Hess (Ginebra, 1802-San Petersburgo, 1850) fue un fisicoquímico ruso de origen suizo que sentó las bases de la termodinámica actual. Trabajó fundamentalmente la química de gases, y enunció la ley que nos disponemos a comentar ahora:

"En una reacción química expresada como la suma (o diferencia) algebraica de otras reacciones químicas, puesto que es función de estado, la entalpía de reacción global es también la suma (ó diferencia) algebraica de las entalpías de las otras reacciones."

Consideremos la reacción:

A ${\displaystyle \rightarrow }$ B

Y supongamos la existencia de las siguientes reacciones intermedias, de ${\displaystyle \Delta _{r}H_{T}^{\circ }}$ conocida:

A ${\displaystyle \rightarrow }$ C

D ${\displaystyle \rightarrow }$ C

D ${\displaystyle \rightarrow }$ B

Vemos que podemos montar un ciclo termodinámico tal que, en vez de ir de A a B directamente, pasemos por todas las reacciones intermedias antes descritas:

A ${\displaystyle \rightarrow }$ C ${\displaystyle \leftarrow }$ D ${\displaystyle \rightarrow }$ B

Como la entalpía es una función de estado, ${\displaystyle \oint _{C}\mathrm {d} H=0}$.

El proceso no depende del camino, y, por lo tanto, es indiferente que la hagamos directamente o teniendo en cuenta las demás reacciones.

Nótese que la reacción D ${\displaystyle \rightarrow }$ C va en el sentido opuesto al que nos interesa para cerrar el ciclo. Por ello, debemos invertir la dirección del flujo energético para obtener la reacción que queremos, y eso se logra cambiando el signo de la variación entálpica. Es decir,

${\displaystyle \Delta _{\rm {r}}H_{C\rightarrow D}^{\circ }=-\Delta _{\rm {r}}H_{D\rightarrow C}^{\circ }}$.

Teniendo esto en cuenta, la entalpía de la reacción que queremos será:

${\displaystyle \Delta _{\rm {r}}H_{A\rightarrow B}^{\circ }=\Delta _{\rm {r}}H_{A\rightarrow C}^{\circ }-\Delta _{\rm {r}}H_{D\rightarrow C}^{\circ }+\Delta _{\rm {r}}H_{D\rightarrow B}^{\circ }}$

En ocasiones, deberemos multiplicar la entalpía de reacción de una de las intermediarias por algún coeficiente estequiométrico para que se cumpla la relación lineal entre las diferentes variaciones de entalpías.

Usos[editar]

Entre los usos de la termoquimica podemos destacar la utilidad de ella en los laboratorios de investigación y centros tecnológicos dedicados netamente a la especia porcina, ya que si las propiedades de transferencia de calor que se experimentan entre las capas de piel que hallamos en estos animales podemos apreciar un ejemplo claro de estudio de la termoquimica, así como en los mismos vasos sanguíneos de estos animales, ya que si bien funcionan de manera similar a la humana estas presentan un cambio entrópico de concentración de leucocitos, que a diferencia de los que poseen los seres humanos esto se presentan de manera diferenciada de concentraciones.

Como uso también se podría agregar su aplicación en intercambio de calor de un sistema a otro , tomando como ejemplo el caso anterior podríamos obtener el intercambio de calor producido por los cerdos a su entorno o viceversa de la misma forma en manera opuesta.

Diagrama de energía potencial para una hipotética reacción A + B → C + D, donde E_a es la energía de activación y ΔH el incremento de la entalpía de reacción.

En química, una coordenada de reacción es un parámetro que representa el progreso de una reacción elemental. Es habitualmente una magnitud geométrica que cambia a lo largo de la conversión de uno o más reactivos en un producto o productos.

Esta coordenada de reacción puede ser una longitud de enlace, un ángulo de enlace o una combinación de ambos. También puede ser una magnitud no geométrica como por ejemplo el orden de un enlace.

Por ejemplo, en la disociación homolítica de la molécula de hidrógeno una coordenada de reacción adecuada sería la distancia interatómica.

La coordenada de reacción se representa frente a la energía potencial para mostrar de forma esquemática el perfil de energía asociado a la reacción. Aquélla sigue la trayectoria de mínima energía que conecta los reactivos con los productos en una representación de la superficie de energía potencial de la reacción.

estado de transición en una reacción química elemental es una configuración particular a lo largo de la coordenada de reacción que se define como el estado que corresponde al máximo de energía a lo largo de la misma. En este punto se asume que las especies reactantes al colisionar conducirán siempre a la formación de productos.

Como ejemplo, a continuación se muestra el estado de transición que se produce durante la reacción S_N2 del bromoetano con un anión hidroxilo:

Historia del concepto[editar]

El concepto de estado de transición ha sido importante en muchas teorías de la cinética de las reacciones químicas. Esto empezó con la teoría del estado de transición (TET), también conocida como teoría del complejo activado (TCA), que fue desarrollada por primera vez por Henry Eyring en 1935 y que introdujo conceptos básicos en la cinética química que son usados todavía hoy.

Explicación[editar]

Una colisión entre las moléculas reactantes puede o no resultar en una reacción exitosa. El resultado depende de factores tales como la energía cinética relativa, la orientación relativa y la energía interna de las moléculas. Incluso si los reactivos forman una "supermolécula" esto no implica que acaben obligatoriamente en productos, pudiendo volver a los reactivos de partida, (por ejemplo si la colisión ha sido de poca energía). La evolución hacia productos sólo se producirá cuando se alcance, al menos, este punto crítico, que supone el máximo de energía de la coordenada de reacción, que es el estado de transición.

Observación de los estados de transición[editar]

Según las reglas de la mecánica cuántica, el estado de transición no puede ser aislado u observado directamente. Sin embargo, técnicas espectroscópicas manipuladas hábilmente pueden acercarse tanto como la escala de tiempo de la técnica lo permita. La espectroscopia de femtosegundo (FTS) fue desarrollada precisamente con esta motivación, y con ella es posible investigar estructuras moleculares extremadamente próximas al punto de transición. A menudo a lo largo de la coordenada de reacción están presentes intermedios de reacción en niveles de energía no mucho más bajos que un estado de transición haciendo difícil distinguirlos de éste.

Localizar estados de transición mediante química computacional[editar]

Los estados de transición pueden ser determinados buscando puntos de silla sobre la superficie de energía potencial. Un punto de silla es un punto que es un mínimo para unas direcciones y un máximo para otras. Casi todos los métodos de química cuántica (DFT, MP2...) pueden ser usados para encontrar estados de transición. Sin embargo, situarlos es a menudo problemático ya que la estructura de partida debe ser muy próxima a la del estado de transición real. Métodos para localizar estados de transición son QST2 o QST3 donde la estructura inicial está determinada por las geometrías del producto y el sustrato. Es a menudo más fácil (especialmente para sistemas grandes) optimizar una geometría del estado de transición usando métodos semiempíricos tales como AM1 o PM3, y entonces usar las geometrías obtenidas como datos de partida para métodos mejores.

Postulado de Hammond[editar]

El postulado de Hammond (o de Hammond-Leffler) establece que la estructura del estado de transición será más parecida al producto o al material de partida dependiendo de cual tenga una mayor entalpía. En una reacción exotérmica el estado de transición se parecerá más a los reactivos, mientras que en una endotérmica a los productos.

 peptización es, en química, un proceso generalmente indeseado, en el que un precipitado cristalino al entrar en contacto con el disolvente frío, retorna a su primitiva forma coloidal. Al suceder esto la sustancia puede pasar por el lecho filtrante. Ello lleva al proceso de re-dispersión de una sustancia recién precipitada, que da lugar a la formación de un coloide, que se lleva a cabo mediante agentes adecuados, generalmente suele ser una sustancia que tenga un ion común con el precipitado.