Energía de un proceso químico.

Cuando se produce una reacción química, no solo hay una transformación de una sustancia a otra, sino que también ocurre un cambio energético.

Siempre que se da una reacción química se produce un intercambio de energía entre los reactivos, los productos y el medio ambiente.

Este calor se mide en Julios según el Sistema internacional. Aunque normalmente usamos la Kilocaloría (Kcal) definida como la cantidad de calor necesaria para elevar 1ºC la temperatura de un gramo de agua.

Además, podemos igualar las dos unidades con la siguiente igualdad:

* 1Kcal - 4.184 Kj o más reducido aún * 1 cal - 4,184 julios

Antes de seguir con las reacciones endotérmicas y exotérmicas, hay que ver otro concepto: LA ENTALPIA.

La entalpía no es más que el calor que se absorbe o desprende en una reacción. Pero hay un problema, la entalpía no se puede medir directamente, por tanto, para saber cuanto es la entalpía debemos: Al calor de los productos Hp debemos restarles el calor de los reactivos Hr, y se simboliza con la diferencia de calores de las reacciones:

Ley de Hess y ecuaciones termoquímica.

La Ley de Hess dice: “si una serie de reactivos (por ej. A y B) reaccionan para dar una serie de productos (por ej. C y D), la cantidad de calor involucrado (liberado o absorbido), es siempre la misma, independientemente de si la reacción se lleva a cabo en una, dos o más etapas; siempre y cuando, las condiciones de presión y temperatura de las diferentes etapas sean las mismas”.

O sea: en toda reacción química hay ruptura y/o formación de nuevos enlaces químicos y para que haya esa ruptura y/o formación, se requiere energía, algunas veces, y otras se desprende la energía sobrante.

Como la cantidad que se involucra en la reacción es siempre la misma, se pueden relacionar con reacciones: Ecuaciones Termoquímicas.

Os pongo una explicación de cómo se deben hacer ejercicios con ecuaciones termoquímicas, está muy bien explicado:

Reacciones de combustión.

Las reacciones de combustión son reacciones exotérmicas, por tanto, son aquellas que producen calor. Un ejemplo de reacción de combustión puede ser la del metano (gas natural):

Los procesos de combustión y de oxidación tienen algo en común: la unión de una sustancia con el oxígeno. La única diferencia es la velocidad con que el proceso tiene lugar. Así, cuando el proceso de unión con el oxígeno es lo bastante lento como para que el calor desprendido durante el mismo se disipe en el ambiente sin calentar apreciablemente el cuerpo, se habla de oxidación. Si el proceso es rápido y va acompañado de un gran aumento de temperatura y en ocasiones de emisión de luz (llama), recibe el nombre de combustión.

Si quieres saber más puedes ver la Ley de Hess, enlace.

Espectros atómicos de absorción y de emisión.

Los átomo son capaces de emitir o absorber radiación electromagnética, aunque solamente en algunas frecuencias que son características propias de cada uno de los diferentes elementos químicos.

Por tanto:

Espectro de absorción, radiación electromagnética absorbida por un átomo o molécula.
Espectro de emisión, radiación electromagnética emitida por un átomo en estado gaseoso.

Los espectros de absorción y de emisión resultan ser el negativo uno del otro. Esto quiere decir, que sabiendo los espectros de absorción podemos saber los de emisión y viceversa.

Puesto que el espectro, tanto de emisión como de absorción, es característico de cada elemento, podemos identificar con un simple análisis cada uno de los elementos de la tabla periódica.

Un ejemplo: si un elemento, absorbe los colores azules, verdes, amarillos cuando se le ilumina con una luz blanca (con todos los espectros), reflejará los rojos.

Otro ejemplo: ¿Cómo crees que saben los astrónomos de qué se compone una galaxia a millones de años luz? Pues según la luz que emiten. El análisis detallado del espectro de emisión o de absorción de las estrellas, planetas y del medio interestelar permite identificar su composición química.

Partículas subatómicas. Tubos de descarga de gases.

Las partículas subatómicas.

Básicamente se intuyeron al descubrir que los átomos tenían unas cargas positivas (protón), otras negativas (electrón) y otras neutra(neutrones) . Como se descubrió que el átomo se podía dividir, se llegó a la conclusión que las divisiones eran partículas subatómicas.

En cierta manera esto corroboraba el modelo atómico de Rutherford.

Entre los experimentos que se realizaron para asegurarse de que este nuevo descubrimiento fuera acertado, el más preciso fue el Tubo de descarga de gases o el de la Lámina de oro:

Tubo de descarga de gases.

Si se introduce en un campo magnético un cátodo, dentro de un tubo hermético donde se introduce un gas enrarecido, la luz de los rayos catódicos se dirigía hacia la placa positiva del campo magnético, por lo que se comprobó que se comportaban como una corriente eléctrica de carga negativa.
A partir del descubrimiento de los rayos catódicos J.J. Thomson llegó a la conclusión de que las partículas de los rayos catódicos debían de ser partículas constituyentes fundamentales de toda la materia.

Lámina de oro.

Este experimento consistió en mandar un haz de partículas alfa sobre una fina lámina de oro y observar cómo dicha lámina afectaba a la trayectoria de dichos rayos. Gran parte de las partículas lanzadas atravesaban la lámina de oro.

Rutherford concluyó que el hecho de que la mayoría de las partículas atravesaran la hoja metálica, indica que gran parte del átomo está vacío, que la desviación de las partículas alfa indica que el deflector y las partículas poseen carga positiva, pues la desviación siempre es dispersa. Y el rebote de las partículas alfa indica un encuentro directo con una zona fuertemente positiva del átomo y a la vez muy densa.

Diagrama de Lewis.

Es una representación gráfica que muestra los enlaces entre los átomos de una molécula y los pares de electrones solitarios que puedan existir. El diagrama de Lewis se puede usar tanto para representar moléculas formadas por la unión de sus átomos mediante enlace covalente como complejos de coordinación. Y esta representación... ¿Cómo se hace?

1. Elegir el átomo central, que será generalmente el menos electronegativo, exceptuando el H (y generalmente el F) que siempre son terminales porque solo pueden formar un enlace. En los compuestos orgánicos siempre es el C (excepto en los éteres).

2. Alrededor del átomo central se sitúan los demás (ligandos) de la forma más simétrica posible. En los oxácidos, generalmente el H se une al O. (En CO y NO, C y N son centrales).

3. Calcular el número total de electrones de valencia de todos los átomos, añadiendo la carga neta si la hay (ejemplos: si la carga neta es -2, añadir dos electrones; si la carga neta es +1, restar un electrón). Tendremos así el número total de electrones para asignar a enlaces y átomos.

4. Dibujar un enlace entre cada par de átomos conectados, asignando a cada enlace un par de electrones que se irán restando del total.

5. Comenzando por los ligandos y terminando en el átomo central, asignar los electrones restantes, en forma de pares, a cada átomo hasta cerrar capa. El H cierra con 2. En general los átomos centrales del 2º período cierran con 8 electrones, excepto Be con 4 y B con 6. Si hay algún electrón desapareado éste se representa por un solo punto, que se situará lógicamente en el átomo central (en este caso la molécula tiene momento magnético y es paramagnética).

6. Calcular la carga formal de cada átomo comenzando por el central. La carga formal es la carga hipotética que tiene cada átomo en la estructura de Lewis y se obtiene por diferencia entre los electrones de valencia del átomo libre y los asignados en la estructura a dicho átomo, es decir:

qf= nº e-valencia – (nº e-no enlazantes + nº enlaces)

7. Si la carga formal del átomo central es igual a la carga neta de la molécula o si es negativa, entonces la estructura es correcta y se termina aquí el proceso.

8. En caso contrario, modificar la estructura formando un doble enlace entorno al átomo central
desplazando un par no enlazante del ligando negativo al átomo central, lo que cancela un par de cargas formales, una negativa y otra positiva.

Con este ejemplo lo entenderás mejor.

Radiación electromagnética: parámetros característicos.

Las ondas de radio, las microondas, la luz infrarroja, visible y ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma son ejemplos de radiaciones electromagnéticas. ¿Pero que son estas radiaciones?, Pues un tipo de radiación en forma de onda que se caracteriza por poseer dos campos: Un campo eléctrico y otro campo magnético, oscilando perpendicularente entre sí.

En la imagen de abajo vereis que el campo eléctrico y el magnético se desplazan por el eje "x", pero el eléctrico oscila por el eje "y" y en cambio, el campo magnético por el eje "z".

Lo que debemos saber de estas ondas:

Ciclo: Se denomina ciclo a cada patrón repetitivo de una onda.

Período: Es el tiempo que tarda la onda en completar un ciclo.

Frecuencia: Número de ciclos que completa la onda en un intervalo de tiempo. Si dicho intervalo es de un segundo, la unidad de frecuencia es el Hertz (Hz). Otras unidades de frecuencias muy utilizadas (en otros ámbitos) son las "revoluciones por minuto" (RPM) y los "radianes por segundo" (rad/s).

El período y la frecuencia están relacionados de la siguiente manera:

Amplitud: Es la medida de la magnitud de la máxima perturbación del medio producida por la onda.

Longitud: La longitud de una onda viene determinada por la distancia entre los puntos inicial y final de un ciclo (por ejemplo, entre un valle de la onda y el siguiente). Habitualmente se denota con la letra griega lambda.

Un factor importante a tener en cuenta es que el tamaño y diseño de las antenas está fuertemente influenciado por la longitud de onda. Por ejemplo, una antena dipolo sencilla debe tener una longitud lambda/2 para que sintonice de manera óptima las ondas de longitud lambda.

Los conceptos anteriores están representados en la siguiente figura tomada de la Wikipedia:

Figura 2-2. Propiedades de una onda

Velocidad: Las ondas se desplazan a una velocidad que depende de la naturaleza de la onda y del medio por el cual se mueven. En el caso de la luz, por ejemplo, la velocidad en el vacío se denota "c" y vale 299.792.458 m/s (aproximadamente 3.10^8 m/s).

Los conceptos de velocidad, longitud y frecuencia están interrelacionados. Para el caso de las ondas electromagnéticas (de las cuales la luz es un ejemplo), la relación es:

Fase: La fase de una onda relaciona la posición de una característica específica del ciclo (como por ejemplo un pico), con la posición de la misma característica en otra onda. Puede medirse en unidades de tiempo, distancia, fracción de la longitud de onda o (más comúnmente) como un ángulo.

Ahora puedes ver esta presentación para entender mejor las ondas y sus características.

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Información extraída (cursiva) de http://nacc.upc.es/