ÁREA QUÍMICO – BIOLÓGICA

ÁREA QUÍMICO – BIOLÓGICA

TERMOQUÍMICA

Ciencia que estudia las transformaciones que sufre la energía calorífica (calor)  en las reacciones químicas; surgiendo como una aplicación de la Termodinámica a la Química, donde el calor que se transfiere durante una reacción química depende de la trayectoria seguida de un sistema químico con el exterior.

Clases de reacciones químicas, según la Entalpía:

1. Reacciones Exotérmicas o Exergónicas.- Aquellas que liberan o pierden energía, la misma que la encontramos en el producto; siendo la EP mayor que la ER, ejemplos: la glucólisis, fermentación alcohólica y láctica, la respiración aeróbica.  C6H12O6 + 6 O2  → 6 CO2  +  6 H2O
2. Reacciones Endotérmicas o Endergónicas.- Aquellas donde se absorbe calor y la energía la encontramos en los reactivos; siendo la EP menor que la ER, ejemplo: la fotosíntesis. 6 CO2 + 6 H20 → C6H12O6  + 602

Sistema y entorno

Se entiende por sistema, a la parte del universo objeto de estudio y entorno, a todo lo que hay alrededor del sistema.

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Tipos de sistemas:

1. Aislado, no intercambia ni materia ni energía con el entorno.
2. Cerrado, Puede intercambiar energía pero no materia.  
3. Abierto, Intercambia materia y energía.

LEYES DE LA TERMOQUÍMICA

Primera Ley: En cualquier proceso, la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma, corresponde  a  la Ley de la conservación de la masa.

Segunda Ley: La cantidad de entropía del Universo, tiende a incrementarse en el tiempo;  es decir que el estado de la entropía asimilada a la noción de desorden o sistema, aumenta en el curso de organización siendo una transformación termodinámica real. Entropía = Equilibrio. Según la Termodinámica, define a la entropía como la relación entre el calor transmitido y la temperatura a la que se transmite de un sistema a otro.

Tercera Ley: Llamada a veces teorema o postulado de Nernst, afirma que todo proceso en un sistema físico  no  puede alcanzar el cero absoluto (°K) en un número finito de etapas; es  decir al 0°K, se detiene y la entropía alcanza un valor mínimo y constante.

Cuarta Ley o Principio cero: Establece que dos sistemas a distintas temperaturas conectados entre sí, evolucionan hasta que sus temperaturas se igualen.

INTERACIÓN ENTRE LOS CUERPOS

Fuerza de Cohesión (FC).- Es la atracción de las moléculas de dos cuerpos de la misma clase, gracias a la  polaridad diferentes.

Fuerza de Repulsión o Expansiva (FR).- Es la separación o distanciamiento de las moléculas de dos cuerpos, debido a las fuerzas electrostáticas de cargas iguales. 

ESTADOS DE LA MATERIA:

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Estado Sólido:

• FC > FR
• Sus moléculas se encuentran muy unidas
• Los espacios intermoleculares son muy pequeños
• Tienen forma y volumen definido
• A baja temperatura y presión constante, forman estructuras cristalinas y vibran.

Estado Gaseoso:

• FR>FC
• Sus moléculas se encuentran separadas
• Los espacios intermoleculares son amplios
• No tienen forma ni volumen definido
• Presentan cinematismo molecular (movimiento)
• Son comprimible, debido a que sus moléculas se pueden reajustar
• Son volátiles, es decir que viajan con el viento
• Con el calor asciende.
• Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa y chocan con más energía contra las paredes del recipiente por lo que aumenta la presión.

[pic 3]

Estado Líquido:

• FC = FR
• Sus moléculas se encuentran ni muy unidas ni muy separadas
• Los espacios intermoleculares son medianos
• No tienen forma definida y su volumen lo adoptan de acuerdo a la forma del recipiente
• Aumenta su volumen al aumentar la temperatura, se dilatan
• Disminuye su volumen cuando disminuye la temperatura, se contraen.
• La línea superior es siempre horizontal

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Estado plasmático:

• Es propio de los astros y las estrellas
• Interviene una alta temperatura y una enorme velocidad
• Presentan colisión molecular (choques)
• Debido a que sus moléculas rozan entre sí, estas son destruidas constituyendo un mezcla de núcleo positivo y electrones libres que tienen la capacidad de conducir electricidad.

[pic 5]

FENÓMENOS FÍSICOS Y QUÍMICOS DE LA MATERIA

Fenómenos Físicos.- Son todos cambios reversibles de la materia, que no alteran las propiedades de sus componentes, es decir cambian de forma o de estado de agregación ejemplos: la formación del hielo, la sublimación del yodo, la evaporación del alcohol, tomar una fotografía, el encender un foco.

Fenómenos Químicos.- Aquellos cambios irreversibles de la materia, que alteran las propiedades de sus componentes e implican una reacción química, ejemplos:

-la combustión del metano: CH4 + O2  → CO2 + H2O

-la oxidación del hierro: Fe + O2 → Fe2O3

-la descomposición del agua: H2O → H+ +(OH) –

-Oxidación del cobre: Cu° → Cu +2

-la fermentación de una fruta, la putrefacción de un pedazo de carne.

Resumiendo son fenómenos químicos, cuando impliquen las siguientes terminologías:

• Combustión                                      - Combinación
• Oxidación                                         - Reducción
• Descomposición                               - Putrefacción
• Fermentación                                     - Hidratación

CAMBIOS FÍSICOS DE LOS ESTADOS DE LA MATERIA

[pic 6]

Factores que intervienen en los cambios físicos de la materia:

1. La presión y la temperatura
2. La presión es inversamente proporcional a la temperatura

Para análisis del estudiante: Si se tiene 2 globos suspendidos del techo, y debajo de ellos un secador de pelo, al encender el mismo, determine  lo sucedido, con respecto a la presión.

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Respuesta: La presión de aire entre los globos disminuye, y los globos tienden a aproximarse.

LEYES PONDERALES DE LA MATERIA Ó LEYES ESTEQUIOMÉTRICAS

1ra.- Ley de la conservación de la masa o de Lavoisier.

Corresponde a la primera Ley de la termodinámica que establece, que la materia y la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Dicho de otra forma, que la sumatoria total en gramos de los pesos de los reactivos, debe ser igual a la sumatoria total en gramos de los pesos de los productos, siendo aplicable para todo tipo de ecuación química; por ejemplo veamos la ecuación del proceso de la fotosíntesis:

6 CO2    +     6 H2O        →    C6H12O6   +  6 O2

72+192             12+96                 72+12+96        12x16

                                264 g                108 g                     180 g             192 g

                               __________________                 _________________          

                                             372 g                     =                    372 g

2da.- Ley de las Proporciones definidas o de Proust.

Que muestras diferentes de un compuesto puro, contiene los mismos elementos en las mismas proporciones por masa:

H20 = 18 g/mol      18 g          100%                                   18 g                    100%        

                               2gH           x% = 11,11% H                 16gO                    x% = 88,88%O

No importa si se tiene 225 g de H2O, ó 1340 ml de H2O, siempre el agua está  formada por el 11,11% de hidrógeno y por el 88,88% de oxígeno.

3ra.- Ley de las Proporciones múltiples o de Dalton.

Cuando 2 elementos se combinan entre sí  forman diferentes compuestos, si la masa de uno de los componentes  permanece fija, la masa del otro elemento varía en proporción de números enteros, más nunca fracciones:

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