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Piensa en la oxidación de los metales. Durante una reacción de oxidación, una sustancia gana oxígeno. Pero, ¿sabías que la oxidación se considera un proceso termodinámicamente favorecido en el aire, a temperatura ambiente?
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Regístrate gratisLa ley _____ de la termodinámica afirma que la energía del universo es constante
______ es una medida del desorden (aleatoriedad) de un sistema.
Si el cambio de entalpía (ΔH) es menor que cero, la reacción será_____.
Si el cambio de entalpía (ΔH) es mayor que cero, la reacción será_____.
_______ las reacciones son reacciones que transfieren energía de la sustancia que reacciona al entorno.
En las reacciones de_______, la energía se transfiere del entorno a la sustancia que reacciona, y la temperatura de la solución disminuye.
Si un proceso puede producirse sin ayuda externa una vez alcanzada la energía de activación, se dice que este proceso es __________
Verdadero o falso: Un proceso favorecido termodinámicamente está favorecido termodinámicamente en un sentido y no termodinámicamente en el otro.
Tratándose de la energía libre de Gibbs, podemos decir que una reacción estará favorecida termodinámicamente si:
¿Qué reacciones son las más favorecidas termodinámicamente?
El cambio de entalpía (ΔH) de una reacción endotérmica es siempre ______.
La ley _____ de la termodinámica afirma que la energía del universo es constante
______ es una medida del desorden (aleatoriedad) de un sistema.
Si el cambio de entalpía (ΔH) es menor que cero, la reacción será_____.
Si el cambio de entalpía (ΔH) es mayor que cero, la reacción será_____.
_______ las reacciones son reacciones que transfieren energía de la sustancia que reacciona al entorno.
En las reacciones de_______, la energía se transfiere del entorno a la sustancia que reacciona, y la temperatura de la solución disminuye.
Si un proceso puede producirse sin ayuda externa una vez alcanzada la energía de activación, se dice que este proceso es __________
Verdadero o falso: Un proceso favorecido termodinámicamente está favorecido termodinámicamente en un sentido y no termodinámicamente en el otro.
Tratándose de la energía libre de Gibbs, podemos decir que una reacción estará favorecida termodinámicamente si:
¿Qué reacciones son las más favorecidas termodinámicamente?
El cambio de entalpía (ΔH) de una reacción endotérmica es siempre ______.
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Enviar comentariosSi tienes curiosidad por saber qué significa esto, ¡vamos a sumergirnos en la energía libre de Gibbs y la favorabilidad termodinámica!
Antes de explorar qué impulsa a las reacciones a ser termodinámicamente favorables, repasemos las leyes de la termodinámica, la entropía (S) y la entalpía (H).
Existen tres leyes de la termodinámica. La primera ley estableceque el universo tiene una energía constante. En otras palabras, la energía no puede crearse ni destruirse, sólo transferirse entre el sistema y el entorno.
$$\Delta E_{universo}\cup =\Delta E_{sistema}+\Delta E_{entorno}=0$$
La segunda ley de la termodinámica nos dice que, con el tiempo, la entropía del universo aumentará. Ahora bien, la tercera ley de la termodinámica establece que la entropía de un cristal perfecto a cero K es 0.
Para seguir aprendiendo sobre esto, ¡consulta"Las Leyes de la Termodinámica"!
Veamos las definiciones de entropía y entalpía. Entropía (S) es una medida del desorden (aleatoriedad) de un sistema. Cuanto mayor sea este valor, mayor aleatoriedad tiene un sistema. La variación de la entropía viene dada por la siguiente ecuación
$$\Delta S^{o}=S^{o}_{products}-S^{o}_{reactants}$$
Laentalpía (H), se denomina a la energía calorífica que tiene una reacción. Básicamente, si el cambio de entalpía (ΔH) es menor que cero, la reacción será exotérmica. Si la ΔH supera cero, la reacción se considera endotérmica.
Lasreacciones ex otérmicas son reacciones que transfieren energía de la sustancia reaccionante al entorno. En una reacción exotérmica, la temperatura de la solución aumenta.
En las reaccionesendotérmicas, la energía se transfiere del entorno a la sustancia que reacciona, y la temperatura de la solución disminuye.
A continuación se muestra la fórmula del cambio de entalpía.
$$\Delta H^{o}=\Sigma n\Delta H^{o}_{productos}-\Sigma n\Delta H^{o}_{reaccionantes}$$
Definamos ahora la favorabilidad termodinámica.
Ser termodinámicamente favorable significa que la reacción puede producirse sin ayuda externa al sistema. Por ejemplo, el NaCl que se disuelve en agua es un proceso termodinámicamente favorable
Si un proceso puede producirse sin ayuda externa una vez alcanzada la energía de activación, se dice que este proceso tiene favorabilidad termodinámica.
Un proceso favorecido termodinámicamenteestá favorecido termodinámicamente en un sentido y no termodinámicamente en el otro. Pero, ¿qué significa esto? Utilicemos el agua como ejemplo. El agua puede pasar de líquido a sólido a -10 °C, pero no puede pasar de sólido a líquido a esta temperatura. Por tanto
Un proceso no favorecido termodinámicamente se considera un proceso que necesita ayuda del exterior del sistema. Estas reacciones pueden ser forzadas a proceder si le aplicamos una fuente externa de energía.
Los químicos utilizan el cambio estándar de Energía Libre de Gibbs como medida de favorabilidad termodinámica. Para calcular la ΔG° se pueden utilizar las siguientes ecuaciones.
$$Delta G^{o}_{reacción}=Sigma [G^{o}_{f}(productos)]-Sigma [G^{o}_{f}(reactantes)]$$
$$Delta G^{o}_{reacción}=\Delta H^{o}-T\Delta S^{o}$$
Donde
Al tratar de la Energía Libre de Gibbs, podemos decir que una reacción se verá favorecida termodinámicamente si ΔG° < 0 y no hay necesidad de una fuente externa de energía.
Algunos libros de texto pueden utilizar los términos espontáneo y no espontáneo para describir reacciones termodinámicamente favorables y termodinámicamente desfavorables. Pero, ¡espera ver favorable y desfavorable en tu examen AP! Para obtener una explicación más detallada sobre laEnergía Libre de Gibbs, consulta"Energía Libre de Gibbs".
Piensa en reacciones exotérmicas y endotérmicas, y elige cuál de ellas crees que es la más frecuentemente favorecida termodinámicamente. Si has adivinado reacciones exotérmicas, ¡estás en lo cierto!
Las reacciones exotérmicas suelen verse favorecidas termodinámicamente porque liberan energía al entorno. Sin embargo, algunas reacciones endotérmicas también pueden verse favorecidas termodinámicamente. Por ejemplo, la evaporación es un proceso endotérmico termodinámicamente favorecido.
$$H_{2}O_(l)}rightarrow H_{2}O_(g)}\ \ \ \ \ δ H^{o}=+40,7kJ$$
$$C_{3}H_{8\}(l)}flecha derecha C_{3}H_{8\}(g)} \NDelta H^{o}=+16,7kJ$$
Los aumentos de entropía (S) también son termodinámicamente favorables. La regla general es que si la entropía del universo (sistema termodinámico más sus alrededores) es positiva, entonces la reacción se ve favorecida termodinámicamente. Si ΔSuniverso es negativo, la reacción no se ve favorecida termodinámicamente.
$$\Delta S_{universo}=\Delta S_{sistema}+\Delta S_{alrededores}$$
¿Cuándo aumenta la entropía? La entropía aumenta cuando:
¿Sabías que podemos combinar reacciones termodinámicamente desfavorecidas con reacciones termodinámicamente favorecidas para crear un proceso global termodinámicamente favorable? Esto se conoce como acoplamiento, ¡y puedes aprenderlo en"Reacciones acopladas"!
Para simplificar las cosas, hagamos un gráfico que muestre la favorabilidad termodinámica, considerando los cambios en la entropía y los cambios en la entalpía.
| Cambio de entropía | Cambio de entalpía | Energía libre de Gibbs | ¿Termodinámicamente favorecido? |
| Negativo | Negativo | Depende de la temperatura | Sólo a bajas temperaturas |
| Positivo | Negativo | Negativo | Sí |
| Negativo | Positivo | Positivo | No |
| Positivo | Positivo | Depende de la temperatura | Sólo a altas temperaturas |
Veamos la diferencia entre las reacciones que son termodinámicamente favorables y las que son cinéticamente favorables.
Una reacción que es termodinámicamente favorable suele producirse a velocidades lentas y temperaturas más altas en una reacción reversible, y forma productos estables conocidos como productos termodinámicos.
Las reaccionescinéticamente favorables son lo contrario; son rápidas, pueden llevarse a cabo a bajas temperaturas y conducen a la formación de productos inestables. Los productos de las reacciones cinéticamente favorables se denominan productos cinéticos.
Como ejemplo, utilicemos la adición de bromuro de hidrógeno (HBr) al 1,3 butadieno. Esta reacción se ve con frecuencia en los cursos de química orgánica, y es un ejemplo de hidrohalogenación conjugada, o hidrohalogenación de dienos.
Para terminar, veamos un ejemplo de reacción termodinámicamente favorecida. Este primer ejemplo nos pide que determinemos si la siguiente reacción está favorecida termodinámicamente.
La tabla siguiente da algunos valores importantes para la reacción entre H2Sy O2 a 298K. Utiliza esta tabla para predecir si la reacción está favorecida termodinámicamente.
$$H_{2}S_(g)}+2O_{2\(g)}\rightleftharpoons H_{2}SO_{4\(g)}$$
| H2S | O2 | H2SO4 | |
| -20 | 0 | -814 | |
| 206 | 205 | 157 | |
| -33 | 0 | -690 |
En primer lugar, tenemos que asegurarnos de que todo tiene las mismas unidades. Observa que la entropía está en J, mientras que las demás están en kJ. Así pues, los valores convertidos para ΔS° (kJ/K-mol) son 0,206, 0,0205 y 0,157.
Ahora, tenemos que calcular para la reacción utilizando las siguientes fórmulas:
$$\Delta S_{universo}=\Delta S_{sistema}+\Delta S_{alrededores}$$
$$\Delta S^{o}=[1(0.157)]-[1(0.206)+2(0.205)]=-0.459kJ/K\cdot mol$$
$$Delta H^{o}=Sigma n\Delta H^{o}_{productos}-\Sigma n\Delta H^{o}_{reactantes}$$
$$\Delta H^{o}=[1(-814)]-[1(-20)]=-749kJ/mol$$
$$Delta G^{o}=Sigma [G^{o}_{f}(productos)]-Sigma [G^{o}_{f}(reactantes)]$$
$$\Delta G^{o}=[1(-690)]-[1(-33)]=-657kJ/mol$$
Una reacción que tiene una entropía negativa, una entalpía negativa y un valor de energía libre de Gibbs negativo, se dice que es termodinámicamente favorable.
Ahora, ¡espero que te sientas más familiarizado con el concepto de favorabilidad termodinámica!
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Lily Hulatt es una especialista en contenido digital con más de tres años de experiencia en estrategia de contenido y diseño curricular. Obtuvo su doctorado en Literatura Inglesa en la Universidad de Durham en 2022, enseñó en el Departamento de Estudios Ingleses de la Universidad de Durham y ha contribuido a varias publicaciones. Lily se especializa en Literatura Inglesa, Lengua Inglesa, Historia y Filosofía.
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Gabriel Freitas es un ingeniero en inteligencia artificial con una sólida experiencia en desarrollo de software, algoritmos de aprendizaje automático e IA generativa, incluidas aplicaciones de grandes modelos de lenguaje (LLM). Graduado en Ingeniería Eléctrica de la Universidad de São Paulo, actualmente cursa una maestría en Ingeniería Informática en la Universidad de Campinas, especializándose en temas de aprendizaje automático. Gabriel tiene una sólida formación en ingeniería de software y ha trabajado en proyectos que involucran visión por computadora, IA integrada y aplicaciones LLM.
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