Quimica 2

SEGUNDA UNIDAD DE QUIMICA SEGUNDO SEMESTRE. ING. LUIS FRANCISCO MONREAL MIJARES. CECYTED.

1. QUIMICA 2 ING. LUIS MONREAL

2. LA ENERGÍA EN LAS REACCIONES QUÍMICAS

3. ¿Cuál es el costo energético de la formación y ruptura de los enlaces químicos? En química un enlace es la fuerza que mantiene unidos a los átomos para formar moléculas o formar sistemas cristalinos y moléculas para formar los estados condensados de la materia, dicha fuerza es de naturaleza electromagnética, predominante fuerza eléctrica.

4. Ruptura de enlaces Homolíticas : Son aquellas en las que se quitan o se proporcionan los electrones del par enlazante individualmente, tanto si se rompen enlaces. O se forman

5. Heterolíticas : Son aquellas en las cuales los electrones enlazantes se quitan o se proporcionan en pares. Tanto si se rompen enlaces.

6. Formación de enlaces La energía de enlace (EE) es la energía total promedio que se desprendería por la formación de un mol de enlaces químicos, a partir de sus fragmentos constituyentes (todos en estado gaseoso).

7. la energía total promedio que se necesita para romper un mol de enlaces dado

8. Los enlaces más fuertes, o sea los más estables, tienen energías de enlace grandes.

9. Los enlaces químicos principales son: enlaces covalentes, metálicos e iónicos.

10. puente de hidrógeno, éste no es un enlace real sino una atracción intermolecular de más baja energía que un enlace químico.

11. Las atracciones intermoleculares (fuerzas de Van der Waals),

12. comprenden las ion dipolo , las dipolo-dipolo, y las fuerzas de dispersión de London que son atracciones típicamente más débiles que las atracciones en un enlace químico.

13. ¿Qué es la energía de activación?

14. La Energía de Activación ( E E ) es la energía mínima necesaria para iniciar una reacción. Las sustancias precisan una cierta energía de activación puesto que tienen que vencer primero las fuerzas de repulsión, vibración, traslación, etc. que existen entre los átomos de las moléculas que van a reaccionar.

15. Tipos de sistemas e interacciones sistema entorno. Según la relación que establecen con el medio ambiente:

16. Sistemas cerrados: Se caracterizan por su hermetismo, que hace que no ocasionen ningún intercambio con el ambiente que se encuentra a su alrededor, por lo que no se ven afectados por el mismo. Esto hace que tampoco los sistemas ejerzan influencia alguna en el medio ambiente que los rodea. Los sistemas cerrados entonces, se caracterizan por poseer un comportamiento totalmente programado y determinado y la materia y energía que intercambian con el ambiente que los rodea es mínima.

17. Sistemas abiertos: Estos sí establecen intercambios con el medio ambiente que los rodea. Para lograr esto se valen de salidas y entradas por medio de las que intercambian , de manera constante, energía y materia con el medio ambiente. Este vínculo que se establece hace que los sistemas abiertos deban ser sumamente adaptativos a las cualidades del ambiente del cual dependen, sino es así , no logran la supervivencia. Esta dependencia con lo ajeno hace que no puedan existir de forma aislada y que deban adaptarse por medio de la organización y del aprendizaje a los cambios externos.

18. CALOR VS TEMPERATURA

19. El frio es ausencia de calor

20. Reacciones endotérmica y exotérmica. Reacciones endotérmicas El prefijo endo significa “hacia adentro”. Por lo tanto se entiende que las reacciones endotérmicas son aquellas que absorben energía en forma de calor.

21. La descomposición química del agua en hidrógeno y oxígeno. 2. La fotosíntesis de las plantas. 3. La producción de ozono. 4. La reacción del hierro con el azufre para obtener sulfuro ferroso. 5. La descomposición del dióxido de carbono para obtener carbono y oxígeno.

22. Reacciones exotérmicas El prefijo exo significa “hacia fuera”. Por lo tanto entendemos que las reacciones exotérmicas son aquellas que liberan energía en forma de calor.

23. La respiración de los seres vivos. 2. La oxidación de los metales. 3. La formación del dióxido de carbono 4. La formación de la molécula de agua. 5. La combustión de los compuestos orgánicos.

24. Energía de activación y energía de reacción. Las sustancias poseen una energía latente, de la misma forma que un cuerpo posee una energía potencial. La suma de estas energías calorífica y latente se llama contenido calorífico de una sustancia, conocido también como entalpia. El calor de reacción es la cantidad de calor transferido durante una reacción. Este es igual a la diferencia entre la energía potencial o contenido calorífico de reactantes y productos, y está dado por la siguiente expresión matemática:

25. ∆𝐻 = 𝐻𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 - 𝐻𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠

26.  H = Calor de reacción o incremento de entalpia H = Entalpia, contenido calorífico o energía potencial química.

27. El calor de formación (Hf ) se define como la diferencia entre el contenido calorífico de un compuesto y el contenido calorífico de los elementos que los constituyen. Se expresa en Kcal por mol del compuesto, a 25° C y una atmosfera de presión. Dependiendo de que el signo de calor sea positivo o negativo, las reacciones termoquímicas se clasifican en reacciones exotérmicas y reacciones endotérmicas.

28. Ley de Hess La ley de Hess en termodinámica es empleada para comprobar indirectamente el calor de reacción, y según el precursor de esta ley el químico suizo Germain Henri Hess en 1840 instituye que, si un proceso de reactivos reaccionan para dar un proceso de productos, el calor de reacción liberado o absorbido es independiente de si la reacción se realiza en uno o más períodos. Es decir, que el calor de reacción solo necesita de los reactivos y los productos, o también que el calor de reacción es una función de estado.

29. Para calcular los calores de reacción, se siguen los siguientes pasos: 1. Utilizar ecuaciones termoquímicas 2. Balancear las ecuaciones 3. Indicar la cantidad de calor absorbido o cedido durante la reacción, mediante los calores de formación Hf determinados a 25 ° C. 4. Indicar el estado físico de los reactantes y los productos.

30. Actividades: Calcular el calor de reacción para cada una de las siguientes reacciones, a partir de los calores de formación dados en la tabla; indicar en cada caso si la reacción es endotérmica o exotérmica.

31. caloria

32. Caloría Desde el punto de vista de la ciencia, las calorías son una unidad de energía, la necesaria para subir la temperatura de un gramo de agua de 14,5 a 15,5 grados Celsius estando a nivel del mar. La caloría es parte del Sistema técnico de unidades, y normalmente se mide en kilocalorías o Kcal. En la mayoría de las ciencias hoy en día se utiliza como medida de energía el joule (del Sistema Internacional de unidades), y las calorías básicamente continúan siendo usadas en el ámbito de la nutrición .

33. CINÉTICA QUÍMICA ¿ POR QUÉ ALGUNAS REACCIONES OCURREN CASI INSTANTÁNEAMENTE, MIENTRAS QUE OTRAS PUEDEN TARDAR AÑOS?

34. Rapidez de reacción, ¿qué mide y cuál es su importancia?

35. En el tema anterior se ha estudiado el efecto térmico que acompaña a una reacción química, así como la posibilidad de predecir si la reacción puede o no tener lugar espontáneamente. Pero, de todo esto, no puede deducirse nada sobre la rapidez con que transcurre la reacción. Puede darse el caso de que una reacción muy exotérmica, sea muy lenta, en determinadas circunstancias. Así, por ejemplo, el carbón, cuya combustión libera gran cantidad de calor, no sufre reacción apreciable, en contacto con el oxígeno del aire, en condiciones ordinarias .

36. En la mayoría de los casos interesa acelerar las reacciones químicas, como ocurre en la fabricación industrial de productos, o en la curación de una herida o una enfermedad, o en el crecimiento de las plantas o maduración de frutos. Pero hay también casos en los que lo que interesa es retardar una reacción perjudicial, como, por ejemplo, la corrosión del hierro y otros metales, la putrefacción de alimentos, el retraso de la caída del cabello, o retrasar la vejez, etc.

37. En el caso de reacciones competitivas, es decir, cuando al mezclar dos sustancias son posibles varias reacciones, la reacción predominante es la más rápida. Así, por ejemplo, el alcohol etílico puede deshidratarse originando o etileno o éter etílico . A temperatura elevada se obtiene sobre todo el primero, porque su velocidad de reacción es más rápida. Al enfriar ocurre lo contrario . Por todo esto, es muy importante conocer como ocurren las reacciones químicas y los factores que afectan a la velocidad de reacción. La parte de la química que estudia estas cuestiones se llama cinética química o cinetoquimica .

38. La Cinética Química es la rama de la química que estudia cuantitativamente la rapidez de una reacción química y el estudio de los factores que determinan o controlan la rapidez de este cambio químico.

39. En esta definición vemos que su objetivo es doble:  Estudiar la velocidad de reacción y los factores que la modifican con el fin de poder acelerar las favorables y retardar las indeseables (como, por ejemplo , la putrefacción de alimentos , oxidación del hierro etc.).  Acumular resultados experimentales que permitan proponer el mecanismo por el que ocurre la reacción, para comprender mejor como se producen las reacciones y poder controlarlas de un modo más eficaz.

40. En una reacción química, los reactivos se van transformando en productos, con el transcurso del tiempo. . ¿Cómo se mide la rapidez de esta transformación? Para ello se utiliza el término de velocidad de reacción cuyo significado es análogo al de otro tipo de velocidad.

41. La velocidad de reacción representa la cantidad de uno de los reactivos que desaparece en un intervalo de tiempo, o bien la cantidad de uno de los productos que se forman en un intervalo de tiempo. En lugar de cantidad de sustancia ( en moles ), se utilizan casi siempre concentraciones,

42. mol/litro. Como unidad de tiempo se emplea generalmente el segundo. Por tanto la velocidad de reacción se expresa normalmente en mol/ litro.seg .

43. Para una reacción genérica expresada por: aA + bB → cD + dD

44. Puesto que los reactivos desaparecen será negativo y por tanto la definición implica un valor positivo de la velocidad de reacción. La velocidad de las reacciones químicas varía bastante con el tiempo. Esto hace que tengamos que utilizar el concepto de:

45. La velocidad de una reacción puede expresarse en función de la concentración de cualquiera de los reactivos o productos, por lo que para que este valor sea siempre positivo se antepone un signo menos cuando se expresa en función de los reactivos, pues su variación de concentración es negativa al desaparecer con el paso del tiempo.

46. Temperatura El dato experimental más inmediato que se conoce sobre las reacciones químicas es que la velocidad de reacción aumenta con la temperatura , con muy pocas excepciones . En general, al aumentar la temperatura unos 10° C, la velocidad suele duplicarse. Al aumentar la temperatura, aumentara la energía cinética de las moléculas reaccionantes por lo que se dan más choques porque se mueven más rápido, y también habrá más moléculas con energía suficiente para superar la barrera de la energía de activación, por lo que aumenta la velocidad de reacción.

47. Presión En reacciones entre gases, un aumento de presión implica un aumento de la concentración y por lo tanto un aumento de velocidad. Concentración Según la ecuación de velocidad, vemos que la velocidad es mayor cuanto mayor sea la concentración de los reactivos. Concentraciones altas, aumentan el números de colisiones y por lo tanto de choques eficaces, aumentando la velocidad. La velocidad de reacción será proporcional a la concentración de cada uno de los reactivos.

48. Reflexionemos el papel que juega el exceso de una de las sustancias reaccionantes: la cantidad de sustancia de producto formado dependerá solo del reactivo limitante, por lo que no es posible aumentar la cantidad de productoformado pero si la velocidad de la reacción.

49. Catalizadores Los catalizadores son sustancias que modifican la velocidad de una reacción química sin cambiar el producto final de la misma. Habitualmente los catalizadores se recogen al final de la reacción sin que hayan cambiado, por lo que se necesitan cantidades muy pequeñas, pero con el tiempo experimentan un proceso de desgaste o incluso "envenenamiento" que les hace inservibles, sobre todo cuando trabajan a alta temperatura, ya que se volatilizan lentamente. Un catalizador no puede provocar una reacción que no se pueda realizar por sí misma. Prácticamente hay un catalizador para cada reacción: son específicos de cada una , haciendo que la energía de activación sea menor. La forma de actuar los catalizadores consiste en cambiar el mecanismo de la reacción, proporcionando un camino más simple. Toman parte activa en la reacción, formando compuestos intermedios que se descomponen rápidamente regenerando el catalizador, por lo que este no se consume. De esta forma, el catalizador cambia el mecanismo de la reacción y hace que esta transcurra por un camino diferente de menor energía de activación.

50. Los catalizadores que ralentizan las reacciones, aumentando la altura de la barrera de energía, se llaman inhibidores.

51. Características de los catalizadores: Los catalizadores aparecen químicamente inalterados al final de la reacción. Una pequeña cantidad de catalizador es suficiente para producir una reacción considerable. Los catalizadores no inician la reacción: solo aceleran una reacción que se producía lentamente, aumentando la velocidad de reacción

52. Los catalizadores afectan a la cinética de la reacción pero no a su termodinámica: cambian la constante de velocidad y la energía de activación. En muchas ocasiones el catalizador se encuentra en una fase distinta de los reactivos, por lo que se habla de catálisis heterogénea.

53.  Hierro, usado en la síntesis del amoniaco.  Platino, se emplea en los catalizadores de los automóviles para catalizar la reacción por la que los gases más contaminantes CO , NO etc.  Níquel, empleado en la reacción de hidrogenación de las grasas, proceso importante en la industria alimentaria.

54. Catálisis El efecto de un catalizador es disminuir la Ea al hacer que la reacción químicprogrese a lo largo de un camino diferente de menor energía, evitando así la etaplenta de la reacción no catalizada, de forma que la reacción progrese márápidamente . El catalizador, teóricamente, no se consume. Desde el punto de vista de las fases en las que se encuentran catalizador mezcla de reacción podemos distinguir entre:

55. 1. Que las moléculas posean suficiente energía cinética, para que al chocar puedan romperse algunos enlaces. Las moléculas que cumplen esta condición se dice que están activadas y la energía mínima requerida se denomina energía de activación.

56. 2. Que el choque se verifique en una orientación adecuada, para que sea eficaz.

57. Una modificación de la teoría de colisiones fue enunciada por H. Eyring en 1835, que completa la anterior teoría. Esta modificación se conoce como teoría del estado de transición o del complejo activado. Según esta teoría la reacción transcurre a través de un intermedio, complejo activado , formado por moléculas que han chocado y en el que algunos enlaces se han relajado y se han empezado a formar otros. En este estado la energía del complejo es elevada, por lo que es inestable, y rápidamente se descompone formando los productos de reacción. La formación del complejo activado supone que hay que remontar una barrera energética, la energía de activación, para que la reacción transcurra. La energía necesaria para pasar desde los reactivos al estado de transición se llama energía de activación. Si la energía de activación es baja habrá muchas moléculas que superen esta barrera y la reacción será rápida

58. Por otra parte, aunque la reacción sea exotérmica, si la energía de activación es alta , habría muy pocas moléculas que las superen y es necesario dar a los reactivos una cantidad de energía mínima para que la reacción se inicie. Una vez iniciada, el calor de reacción es suficiente para mantener la reacción.

59. Combustiones lentas y rápidas. La Combustión es una reacción química de oxidación, relativamente rápida, que consiste en la unión de una materia combustible con el oxígeno, con desprendimiento de calor, que se desarrolla en fase gaseosa o heterogénea. La velocidad de combustión y la integridad depende de la afinidad que presente el elemento combustible con el oxígeno y de las condiciones en que se realice la combustión (el tiempo, la temperatura y la turbulencia).

60. La reacción entre un combustible y un oxidante puede tener lugar de distintas maneras, dependiendo de la velocidad de propagación del frente de llama.

61. Distinguimos tres regímenes: • Oxidación lenta, en la cual la liberación de calor por unidad de tiempo es muy baja , y no se aprecia la característica principal de la llama: luminosidad . • Deflagración, en la cual el frente de llama o zona de reacción se propaga a una velocidad inferior a la velocidad local del sonido. Este es el modo común de combustión. • Detonación, en la cual el frente de llama se propaga a una velocidad superior a la del sonido. Es el modo de combustión de las explosiones.

62. La oxidación lenta no es más que un caso límite de la deflagración, y no tiene mayor interés práctico en el estudio de la combustión. Si bien los dos últimos casos pueden presentarse independientemente, es común que la detonación se produzca como transición de una deflagración. Por ejemplo, si un tubo lleno de mezcla inflamable es encendido por el extremo abierto, los gases quemados se expandirán al ambiente y la combustión será una deflagración . Si en cambio se lo enciende por el extremo cerrado, la expansión de los gases quemados puede impulsar al frente de llama hasta que alcance una velocidad igual o superior a la del sonido en la mezcla fresca. Se genera entonces una onda de choque que eleva notablemente la temperatura en el frente de llama, acelerando la reacción y dando lugar a una detonación

63. Aditivos alimentarios. Son sustancias que se agregan a otras sustancias para darles cualidades que no tienen o para mejorar las que ya tienen. Compuestos que no suelen considerarse alimentos , pero que se añaden a éstos para ayudar en su procesamiento o fabricación , o para mejorar la calidad de la conservación, el sabor, color, textura, aspecto o estabilidad, o para comodidad del consumidor.

64. gracias