Clasificación de Elementos Químicos

Diatómicos

H, F, Cl, Br, I, O, N

Metales

Los metales se clasifican según sus estados de oxidación más comunes:

Grupo 1

Li, Na, K, Rb, Cs, Ag, NH₄

Grupo 2

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd

Grupo 1 y 2

Cu, Hg

Grupo 3

Al

Grupo 1 y 3

Au

Grupo 2 y 3

Fe, Co, Ni

Grupo 2, 4

Pt, Pb, Sn, Ir

Grupo 2, 3, 6

Cr

Grupo 2, 3, 4, 6, 7

Mn

No Metales

Los no metales también se clasifican según sus estados de oxidación:

Grupo 1

H, F

Grupo 1, 3, 5, 7

Cl, Br, I

Grupo 2

O

Grupo 2, 4, 6

S, Se, Te

Grupo 1, 3, 5

N

Grupo 3, 5

P, As, Sb

Grupo 2, 4

C, Si

Casos Especiales de Nomenclatura

Fósforo (P) y Arsénico (As)

• HPO₂: Ácido metafosforoso
• H₄P₂O₅: Ácido pirofosforoso
• H₃PO₃: Ácido fosforoso
• HPO₃: Ácido metafosfórico
• H₄P₂O₇: Ácido pirofosfórico
• H₃PO₄: Ácido fosfórico

Cromo (Cr)

• H₂CrO₄: Ácido crómico
• H₂Cr₂O₇: Ácido dicrómico

Manganeso (Mn)

• H₂MnO₃: Ácido manganoso
• H₂MnO₄: Ácido mangánico
• HMnO₄: Ácido permangánico

Boro (B)

• HBO₂: Ácido metabórico
• H₃BO₃: Ácido bórico
• H₂B₄O₇: Ácido tetrabórico

Espontaneidad de Reacciones Químicas

Reacciones con ΔH < 0 y ΔS > 0

Una reacción es espontánea si ΔG < 0 y no espontánea si ΔG > 0. En este caso, el término entálpico (ΔH) es negativo y el término entrópico es positivo. Para que la reacción sea espontánea, el término entálpico debe ser mayor en valor absoluto que el término entrópico (TΔS). Esto ocurre a temperaturas por debajo de la temperatura de equilibrio. Si la temperatura está por encima de la temperatura de equilibrio, ΔG será positivo.

Reacciones con ΔH > 0 y ΔS > 0

Una reacción es espontánea cuando el término entrópico (TΔS) supera en valor absoluto al término entálpico (ΔH). Esto ocurre a temperaturas por encima de la temperatura de equilibrio. El proceso no espontáneo ocurre cuando ΔG > 0, es decir, cuando el término entálpico supera en valor absoluto al término entrópico, y esto sucede a temperaturas por debajo de la temperatura de equilibrio.

Posibilidad de Reacciones Endotérmicas Espontáneas

Sí, es posible que una reacción endotérmica sea espontánea. Si ΔS > 0, la reacción será espontánea (ΔG < 0) cuando el término entrópico supere en valor absoluto al término entálpico, lo que ocurre a temperaturas por encima de la temperatura de equilibrio. Si ΔS < 0, la reacción será no espontánea (ΔG > 0) a todas las temperaturas.

Verdadero o Falso

1. Las reacciones espontáneas transcurren a gran velocidad: Falso. Las reacciones espontáneas ocurren sin necesidad de ser forzadas, pero esto no implica que sean rápidas.
2. La entropía del sistema disminuye en las reacciones exotérmicas: Falso. La entropía está relacionada con el desorden del sistema, no con el intercambio de calor.
3. La entalpía de formación del mercurio es 0: Verdadero. La entalpía de formación de un elemento en estado puro es 0.
4. Todas las reacciones químicas en las que ΔG < 0 son muy rápidas: Falso. El signo de ΔG indica la espontaneidad, no la velocidad de la reacción.
5. A -273°C la entropía de una sustancia cristalina es 0: Verdadero. A 0 K no hay movimiento molecular, por lo que el desorden y la entropía son 0.
6. La entalpía no es una función de estado: Falso. La entalpía es una función de estado, ya que su variación depende solo del estado inicial y final.
7. Si un sistema realiza un trabajo se produce un aumento de su energía interna: Falso. Al realizar trabajo, el sistema pierde energía y su energía interna disminuye.
8. En una reacción química la variación de entropía es siempre positiva: Falso. La entropía puede aumentar o disminuir en una reacción química.

Introducción a la Termodinámica

Sistemas Termodinámicos

• Cerrados: Intercambian energía, pero no materia, con el entorno.
• Abiertos: Intercambian materia y energía con el entorno.
• Aislados: No intercambian ni materia ni energía con el entorno.

Variables Termodinámicas

• Intensivas: No dependen de la cantidad de materia (temperatura, presión).
• Extensivas: Dependen de la cantidad de materia (volumen, masa).

Funciones de Estado

Son variables que describen el estado de un sistema y cuya variación depende solo del estado inicial y final, no del camino seguido.

Energía Interna (U)

Es la suma de la energía cinética y potencial de las partículas del sistema. Es una función de estado.

Trabajo

Es la energía intercambiada entre el sistema y el entorno debido a una interacción mecánica. No es una función de estado.

Calor

Es la energía intercambiada entre el sistema y el entorno debido a una diferencia de temperatura. No es una función de estado.

Primer Principio de la Termodinámica

Establece que la energía se conserva. La energía que un sistema recibe en forma de calor se utiliza para realizar trabajo y aumentar su energía interna.

Entalpía

Es el calor de reacción a presión constante. La entalpía estándar de formación es la variación de entalpía al formar un mol de una sustancia a partir de sus elementos en estado estándar.

Energía de Enlace

Es la energía necesaria para romper un mol de enlaces en fase gaseosa. Es una medida de la fuerza del enlace.

Segundo Principio de la Termodinámica

Establece que la entropía de un sistema aislado siempre aumenta en un proceso espontáneo. La entropía es una medida del desorden del sistema.

Tercer Principio de la Termodinámica

Establece que la entropía de un cristal perfecto a 0 K es cero.

Preguntas y Respuestas

¿Por qué disminuye la energía interna de un sistema gaseoso al expandirse?

Parte de la energía del sistema se utiliza para realizar el trabajo de expansión, lo que disminuye la energía interna.

¿Por qué la variación de entropía es positiva en una reacción con aumento de moles gaseosos?

El aumento de moles gaseosos implica un aumento del desorden, lo que se refleja en un aumento de la entropía.

¿Cómo varía la entropía en los siguientes casos?

1. Disolución de KNO₃ en agua: Aumenta, debido al aumento del desorden al disolverse el sólido iónico.
2. Solidificación del agua: Disminuye, debido al aumento del orden al pasar de líquido a sólido.