La entalpía (H) es una magnitud termodinámica que cambia cuando el sistema sufre una variación de presión, temperatura o ambas. Debido a que la entalpía no se conoce en valor absoluto, al hablar de entalpía nos referimos a un cambio o variación de entalpía. La entalpía de los gases ideales sólo depende de la temperatura, es decir, la presión no afecta los valores de entalpía de un gas ideal. La entalpía es una función de estado y, por tanto, en un proceso cíclico la suma de las variaciones de entalpía vale cero. Para un proceso a presión constante la variación de entalpía es igual al calor envuelto en el proceso (Qp), es decir,
H2 - H1 = Qp
La entalpía y la energía interna se relacionan mediante las siguientes expresiones:
H2 - H1 = U2 - U1 + P (V2 - V1) (presión constante)
H2 - H1 = U2 - U1 + (P2V2 - P1V1) (presión no constante)
Para un gas ideal
H2 - H1 = nCp,m (T2 - T1)
U2 - U1 = nCv,m(T2 - T1)
Cp,m es la capacidad calorífica molar a presión contate y Cv,m es la capacidad calorífica molar a volumen constante.
Para un gas ideal,
Cp,m - Cv,m = R
En un cambio de estado físico la variación de entalpía es constante
El enlace químico es la forma mediante la cual se unen los átomos para formar especies moleculares e iónicas y también la forma de unión entre moléculas. Esta unión se realiza mediante fuerzas electrostáticas o por compartimiento o donación de electrones. En el siguiente esquema se representan los diferentes tipos de enlaces:
1. Enlace interatómico
Iónico
Covalente ->Normal, múltiple y dativo o coordinado
Metálico
2. Enlace intermolecular
Fuerzas de Van der Waals -> Dipolo-dipolo, dipolo-dipolo inducido y dipolo inducido-dipolo inducido
La energía interna (U) es una magnitud termodinámica cuyo valor absoluto no es conocido, pero su variación es calculable cuando el sistema sufre una variación de volumen y temperatura o ambas. En termodinámica, al hablar de energía interna nos referimos a la variación de energía interna. La variación de la energía interna es la suma de las energías traslacional, vibracional y rotacional de las moléculas. Los gases monoatómicos ideales sólo poseen energía interna traslacional y electrónica. La energía interna de los gases ideales sólo depende de la temperatura. La energía interna es una función de estado y su suma en un trayecto cíclico vale cero. Para un proceso a volumen constante el cambio de energía interna es el calor envuelto en el proceso (QV), es decir,
QV = U2 - U1
Para gases ideales:
Monoatómico: U2- U1 = n (3/2) R (T2 - T1)
Diatómico y poliatómico lineal: U2 - U1 = n (3N - 2,5) R (T2 - T1)
Poliatómico no lineal: U2 - U1 = n (3N - 3) R (T2 - T1)
En las ecuaciones anteriores U2 es la energía interna en el estado 2, U1 es la energía interna en el estado 1 (para un gas ideal U1 vale cero en el cero absoluto), R es la constante molar de los gases (R = 8,31441 J/K mol), T2 es la temperatura en kelvin del estado 2, T1 es la temperatura en kelvin del estado 1, n es cantidad y N número de átomos que posee la molécula.
Un elemento es una sustancia simple que no se puede descomponer mediante procedimientos químicos ordinarios o formarse por unión de otros elementos.
Un elemento es una mezcla de isótopos. Es decir, una mezcla de átomos que poseen el mismo número atómico, pero difieren en su masa atómica. Los isotópos posen el mismo número de electrones y protones, pero difieren en el número de neutrones y, por tanto, en el número másico. Por ejemplo, 12C 13C y 14C son isotópos, debido a que poseen el mismo número atómico (Z=6), pero difieren en su número másico.
El número atómico indica la posición del elemento en la tabla periódica, el número de protones que tiene el núcleo y para un átomo neutro indica el número de electrones.
La masa atómica (ma) es la masa que posee un átomo. Está dada por la suma de las masas de todas las partículas que forman al átomo o a un isotópo en particular.
La unidad de masa atómica es la unidad de masa atómica unificada que posee el símbolo u. El dalton de símbolo Da también se utiliza. Para calcular la masa atómica de cualquier átomo en kg, multiplicamos la masa atómica relativa (Ar) del átomo por el valor de la constante de masa atómica (mu).
mu = 1,66053906660(50)x10-27kg
ma= (Ar)x1,66053906660(50)x10-27kg
La unidad de masa atómica unificada se define como la doceava parte (1/12) de la masa de un átomo, neutro y no enlazado, de carbono-12, en su estado fundamental eléctrico y nuclear.
u=m(12C)/12
La masa atómica relativa (Ar) está determinada por el promedio de las masas atómicas de todos los átomos de un elemento químico encontrado en una muestra en particular y medida con respecto al 12C que se le asigna una masa atómica relativa de 12. Por tanto, la masa atómica relativa de un átomo o de un elemento no posee dimensiones.
El 12C es un átomo neutro en su estado fundamental eléctrico y nuclear.
La masa atómica relativa puede variar, debido a que depende de la muestra y del tratamiento dado a la misma. Por ejemplo, la masa atómica relativa del litio (Li) puede variar desde 6,939 a 6,996.
El instrumento utilizado para determinar masas atómicas y abundancias isotópicas es un espectrómetro de masas. Mediante este instrumento se determina la masa de un átomo con respecto a la masa de otro. Por ejemplo, asuma que la relación entre las masas atómicas de aluminio y 12C hasta cinco cifras significativas es 2,2485.
Para poder calcular la masa atómica relativa del Al debemos asignarle un valor a Ar12C. Por convención se seleccionó el valor exacto de Ar12C=12 que corresponde a 6 protones y 6 neutrones o a una ma12C de 19,9269x10-27kg
La masa atómica relativa de un elemento se puede determinar a partir de la abundancia isotópica y las masas atómicas relativas de los isotópos del elemento. Por ejemplo, el carbono posee el isótopo 12C de masa atómica relativa 12,0000 y de abundancia isotópica 98,89%, el isótopo 13C de masa atómica relativa 13,0034 y de abundancia isotópica 1,11% y 14C, que por ser radiactivo, posee una abundancia isotópica ~0. La masa atómica relativa del carbono la calculamos de la siguiente manera.
Masa atómica relativa (Ar) = (98,89/100)x12,0000 + (1,11/100)x13,0034 = 12,0111
La masa atómica relativa de un elemento expresada en g/mol o kg/mol se denomina masa atómica molar. Un g/mol es una unidad de masa atómica unificada (u=1g/mol o 10-3kg/mol). Por ejemplo, la masa atómica molar del elemento carbono es 12,0111g/mol o 12,0111u.
El número másico (A) es la suma de los protones (p) y neutrones (n) que posee el núcleo atómico.
A = p+n
Actividad
Calcular la masa atómica relativa del elemento neón. El neón posee tres isótopos de masas atómicas relativas de 19,99244, 20,99395 y 21,99138. Las abundancias isotópicas son 90,51%, 0,27% y 9,22%, respectivamente.
Un electrón es una partícula subatómica, descubierta por J.J. Thomson, con carga negativa de -1,60218921 x 10-19 C, con una masa de 9,109534 x 10-31 kg (1836,15 veces más liviano que un protón) y un diámetro de 0,01 pm
La electrólisis es la descomposición de una sustancia for efectos de la corriente eléctrica.
Las leyes de Faraday sobre la electólisis indican:
En un proceso electrolítico, la cantidad de descomposición química es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a través de la solución
Las masas (m) de diferentes especies depositadas o disueltas en los electrodos por la misma cantidad de electricidad (q), son directamente proporcionales a sus coeficientes estequiométricos (v) multiplicados por sus masas molares (Mm) e inversamente proporcional al número de electrones (z) envueltos en las semirreacciones de reducción u oxidación que ocurren en los electrodos.
Matemáticamente podemos expresar ambas leyes, mediante la siguiente expresión,
m = v Mm q /z96485
El valor de 96485 se obtiene al multiplicar el número de Avogadro NA por el valor de la carga fundamental e, es decir,
F = NA e = 6,0220456 x 1023mol-1 x 1,6021892 x 10 -19 C = 96484,559 C/mol
El valor experimental más reciente para un Faraday(F) es 96489 C/mol con una desviación estándar de (+ ó - ) 2 C/mol.
Por ejemplo, para determinar la masa de NO en la siguiente semirreacción, hacemo v = 2, z = 4 y Mm = 30,01 g/mol en la fórmula anterior.
