3.1: Termodinámica

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Los parámetros termodinámicos sobre los cambios de estado son necesarios para describir la unión química, la estructura y la reacción. Esto es cierto también en la química inorgánica, y en esta sección se describen los conceptos más importantes en termodinámica. Incluso el conocimiento termodinámico simple es considerablemente útil para juzgar si las estructuras de los compuestos son estables y la probabilidad de reacciones espontáneas, y para los cálculos del calor de reacción, la determinación del mecanismo de reacción y la comprensión de la electroquímica.

Entalpía

Dado que la entalpía es el contenido de calor de un sistema bajo presión constante, el cambio\(\Delta\) H es negativo en una reacción exotérmica y positivo en una reacción endotérmica. La entalpía de reacción estándar,\(\Delta\) H ⁰, es el cambio de entalpía entre 1 mol de productos y reactivos en estado estándar (10 ⁵ Pa y 298.15 K). La entalpía estándar de formación,\(\Delta\) H _f ⁰, de un compuesto es la entalpía de reacción estándar para la formación del compuesto a partir de sus elementos constituyentes. Dado que la entalpía es una función de estado, la entalpía de reacción estándar se calcula definiendo la entalpía estándar de formación de sustancias simples para que sea cero. A saber,

\[\Delta H^{0} = \Sigma n \Delta H_{f}^{0}\; (product) - \Sigma n \Delta H_{f}^{0}\; (reactant)\]

Entropía

La entropía es una función de estado, y es un criterio que determina si un estado puede alcanzarse espontáneamente desde otro estado. La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía, S, de un sistema aislado aumenta ante un cambio espontáneo. A saber,

\[\Delta S > 0\]

Un proceso termodinámicamente irreversible produce entropía. La entropía se relaciona con el trastorno de un sistema en la temodinámica estadística de la siguiente manera:

\[S = k \ln W\]

k es la constante de Boltzmann, y W es el número de las disposiciones de átomos o moléculas del sistema con la misma energía, y corresponde a la extensión del desorden. A medida que la entropía se hace más grande, mayor es el trastorno de un sistema.

Energía Gibbs

Esta cantidad se define como

\[\Delta G = \Delta H - T \Delta S\]

Una reacción espontánea ocurre cuando la energía de Gibbs de una reacción es negativa a temperatura y presión constantes. La energía libre estándar de Gibbs\(\Delta\) G ⁰ está relacionada con la constante de equilibrio K de la reacción

\[A \xrightleftharpoons{K} B \ldotp\]

\[\Delta G^{0} = - RT \ln K\]

K es mayor que 1 cuando\(\Delta\) G ⁰ se vuelve negativo, y la reacción avanza hacia la derecha.