Cambio de energía en las reacciones inorgánicas

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Cambio de energía en las reacciones inorgánicas

1.1 Introducción

El conocimiento de las sustancias inorgánicas y sus reacciones ha aumentado considerablemente. sistematizado por el reconocimiento y la clasificación de los tipos de fuerzas que mantienen unidos a los átomos.Basada en el modelo nuclear del átomo, y con ideas sencillas sobre el intercambio y la transferencia de electrones, la "teoría electrónica de valencia", en gran parte cualitativa, expuesta por N. V. Sidgwick y otros durante los años veinte, proporcionó una base nueva y más fundamental para el marco empírico de la periodicidad tan sorprendentemente demostrado por Mendeleev y Lothar Meyer cincuenta años antes.  Tal fue el éxito de la primera teoría electrónica, howcver, que durante mucho tiempo muchos químicos inorgánicos se contentaron con interpretar la monovalencia del sodio simplemente como una consecuencia de "la estabilidad de la valence octeto' y a encogerse de hombros ante la desconcertante química de los elementos de transición como una desafortunada complicación asociada a sus incompletas conchas de clectrón. Durante el mismo período, químicos expertos en termodinámica habían desarrollado lo que parecía ser su propia ciencia esotérica en la que aparecían cantidades como AU, AH y AG, a menudo en un contexto de motores de calor, gases perfectos que se expandían adiabáticamente y sistemas de pistones ingrávidos y sin fricción. Los químicos inorgánicos, por su parte, parecían reconocer la existencia de reacciones variadamente exotérmicas y endotérmicas, y de algunas reacciones que no "procedían a la terminación", sino que perseguían un un enfoque esencialmente independiente de la química.

Hoy en día, una de las características de la química inorgánica moderna es la voluntad de sus exponentes para ser cuantitativos. Aunque sería imprudente afirmar que ha habido una feliz y fructífera reconciliación de los puntos de vista de los termodinamista y el químico inorgánico, este último ciertamente ha llegado a darse cuenta de que la reactividad de los elementos y compuestos dentro de su dominio de interés no puede expresarse en terminos puramente descriptivas. Así, un se intenta hacer declaraciones como "el oro es un elemento no reactivo", "los compuestos de mercurio se reducen fácilmente", los enlaces en la molécula de yodo se frenan fácilmente" o "el cloruro de potasio es una sal estable con la precisión de un contexto termodinámico. Incvitablemente, tal síntoma lleva a una consideración de los cambios de energía que acompañan no sólo a las reacciones de la mesa de laboratorio, pero también aquellos que no son fácilmente accesibles experimentalmente, como:

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a veces se diferencian como cambios "físicos".

El término "energía" es uno que se utiliza ampliamente y a veces vagamente.

Por lo tanto, es importante estar bastante seguro de la importancia de las diversas cantidades termodinámicas, en particular AU, AH, AS y AG, que se encuentran comúnmente en las descripciones cuantitativas de los cambios de energía. El propósito principal de este capítulo es introducir, discutir e ilustrar estas cantidades.

1,2 El cambio en la energía interna AU

1.2.1Energía absoluta y cambios de energía

La energía total de una sustancia, llamada su energía interna y simbolizada U, es la suma de todos los diferentes tipos de energía que se puede decir de una sustancia para poseer. Algunos de los componentes de la energía total pueden ser precisamente definidos, mientras que otros aún esperan ser reconocidos y definidos.

Para la mayoría de los propósitos de la química - como distintos, digamos, de los propósitos de la física nuclear - sólo las partes de la energía total que son susceptibles para cambiar en el curso de las reacciones químicas son de interés. Por ejemplo, los núcleos de los átomos pasan sin cambios a través de procesos puramente químicos, de modo que cualquier energía asociada con el núcleo solo o con las partículas que la componen, permanece constante en cantidad. Los procesos en los que los núcleos como las emisiones radioactivas son, por supuesto, de interés para químicos nucleares y radioquímicos, pero no se discutirá aquí. El único, por lo tanto, los componentes químicamente significativos de la energía son los asociados con los movimientos de traslación, rotación y vibración de las moléculas (u otras unidades estructurales capaces de estos tipos de movimiento) y con las diversas interacciones, tanto intermoleculares como intramoleculares, que existen entre los núcleos cargados positivamente y los electrones cargados negativamente. El resto de la energía no sólo permanece constante, sino que también resiste cualquier tipo de un análisis completo y útil.

La única cantidad de energía significativa, y de hecho la única mensurable. Es la diferencia entre la energía de los productos y la energía de los reactivos para la reacción o el proceso considerado, es decir, el cambio de energía ΔU:

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Sin embargo, es posible reconocer los componentes del absoluto enérgicos (es decir, los componentes de Uproductos y de Ureactivos que se someten a de las reacciones químicas, y por lo tanto es útil discutirlo. En particular, es importante tener una idea de las magnitudes relativas de los varios componentes de la energía total, ya que algunos de ellos son menores contribuciones al cambio total de energía para las reacciones químicas realizadas en condiciones ordinarias.

1.2.2 Los componentes de la energía interna

La energía translacional Utrans es la energía asociada al movimiento translacional en tres dimensiones. Está poseído (a temperaturas superiores al cero absoluto) sólo por especies químicas capaces de este tipo de movimiento, como las moléculas de gas (por ejemplo, H2) o átomos (por ejemplo, He), y por las moléculas de los líquidos. En el estado sólido La energía de traducción normalmente está ausente Átomos y moléculas libres para moverse en se dice que las tres dimensiones poseen tres grados de libertad translacionales.

La energía de rotación Urot es la energía asociada a la rotación sobre un centro de la gravedad, y está ausente en los gases monoatómicos (c.g. He). Los gases diatómicos (c.g. H2, CO) y moléculas de gas poliatómico lineal (por ejemplo, HCN, N,0, BICN, CO2) que giran alrededor de dos ejes perpendiculares a la línea que une los núcleos son se dice que posee dos grados de libertad rotacional y, a temperaturas superiores al cero absoluto, una energía rotacional correspondiente. En los sólidos, la posibilidad de la rotación depende de los componentes del cristal y la naturaleza de la unión.

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