Conceptos Fundamentales en Química Física

Energía Libre de Gibbs (G)

Es un potencial termodinámico (función de estado extensiva) que establece la condición de equilibrio y espontaneidad para una reacción química (a presión y temperatura constantes). Se mide en unidades de energía y nos indica el trabajo máximo que puede realizar una reacción sin considerar el trabajo de expansión.

Efecto Electroforético

P. Debye y E. Mückel investigaron las interacciones iónicas, basándose en que los iones en solución están rodeados por un exceso de iones de carga opuesta (la atmósfera iónica), lo que limita su movimiento. Este movimiento se ve restringido en dos aspectos:

1. La atmósfera iónica se deforma cuando el ion central se mueve, de manera que su centro queda detrás del ión.
2. El movimiento de la atmósfera iónica tenderá a oponerse al del ion central debido al campo eléctrico durante la migración (efecto electroforético).

Pila Electrolítica

La celda electrolítica descompone, mediante corriente eléctrica, sustancias ionizadas (electrolitos) que pueden ser ácidos, bases o sales. La corriente eléctrica produce una reacción química (la energía eléctrica se transforma en energía química), lo que implica que la reacción no es espontánea (ΔG > 0) y requiere una fuerza externa para llevarse a cabo.

Pila Galvánica

Es un sistema electroquímico práctico capaz de transformar la energía química almacenada en energía eléctrica, mediante una reacción espontánea.

Fuerza Electromotriz (FEM)

Es la diferencia de potencial eléctrico entre los electrodos de una pila galvánica en situación de equilibrio, es decir, cuando no hay flujo neto de corriente (a circuito abierto).

Mecanismo de Reacción

Es un postulado teórico que intenta explicar cuáles son las reacciones elementales e intermedias que suceden en una reacción química y que permiten explicar las características cualitativas y cuantitativas (como la velocidad de reacción) observadas en su desarrollo.

Ecuación de Arrhenius

Es una expresión matemática que se utiliza para describir la dependencia de la constante de velocidad de una reacción química con respecto a la temperatura a la que se lleva a cabo dicha reacción.

Mecanismo de Michaelis-Menten

Describe la velocidad de reacción de muchas reacciones enzimáticas. Este modelo solo es válido cuando la concentración de sustrato es mayor que la concentración de la enzima, y para condiciones de estado estacionario, es decir, cuando la concentración del complejo enzima-sustrato es constante.

Condiciones y Aproximaciones:

• El equilibrio se establece rápidamente y la etapa determinante de la velocidad es la segunda.
• La concentración de sustrato es significativamente mayor que la de la enzima.
• Se aplica la aproximación del estado estacionario, en la que la velocidad de formación y disociación del complejo enzima-sustrato (ES) son iguales.

Potencial Eléctrico

Es la energía potencial que posee la unidad de carga que se encuentra en un punto determinado dentro del campo eléctrico. Podemos calcularlo a partir de la energía potencial eléctrica; es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una carga positiva desde dicho punto hasta el punto de referencia, dividido por la unidad de carga.

Potencial Químico

Es la derivada parcial de la Energía Libre de Gibbs (G) respecto a la cantidad de materia, manteniendo la temperatura y la presión constantes (∂G/∂n)_T,P.

Potencial Electroquímico

El potencial que se mide es la diferencia de potencial que se establece en la interfase. Las reacciones ocurren a temperatura y presión constantes y se encarga de regular el equilibrio, ya que hay transferencia de carga (reacciones redox). La condición de equilibrio de una especie iónica en una fase se determina mediante la función de potencial electroquímico para una especie química con carga z en la fase alfa.

Cociente de Reacción (Q)

Es una función del grado de avance y representa la proporción de productos y reactivos de una reacción en un momento determinado.

Constante de Celda (K_celda)

Es la relación entre la longitud (l) y el área (s) de la celda de conductividad (K_celda = l/s).

Molecularidad

Es el número de moléculas que forman parte como reactivos de un proceso elemental, es decir, la suma de las moléculas de cada reactivo antes de formar el complejo activado para convertirse en producto. Representa el número de moléculas que intervienen en una transformación microscópica de una reacción elemental.

Energía de Activación (E_a)

Es la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción química dada. Para que ocurra una reacción entre dos moléculas, estas deben colisionar en la orientación correcta y poseer una cantidad de energía mínima.

Número de Recambio (Turnover Number)

Es el número máximo de moléculas (o de moles) de producto producidas en la unidad de tiempo por una molécula (o mol) de enzima.

Grado de Avance de una Reacción (ξ)

Representa el número de moles que reaccionan o se forman. Es la relación matemática que mide la proporcionalidad entre la variación del número de moles y los coeficientes estequiométricos. Si el grado de avance tiende a cero, el equilibrio se alcanza más rápidamente.

Ecuación de Van ‘t Hoff

Relaciona la variación de la temperatura absoluta con la variación de la constante de equilibrio, dada por la diferencia de entalpía (ΔH).

Conductividad Molar Límite (Λ₀)

Es la conductividad molar cuando tenemos una disolución muy diluida; es el valor al que tiende la conductividad cuando la concentración tiende a cero. Sirve como referencia para la conductividad molar de un electrolito, pues se trata del único valor en el que se eliminan los efectos de la concentración iónica. La conductividad molar es una magnitud que da cuenta de la capacidad de transporte de corriente eléctrica de un electrolito en disolución. Para electrolitos fuertes, se obtiene por extrapolación a cero de la conductividad molar cuando se representa frente a la raíz cuadrada de la concentración.

Ley de Kohlrausch

Es la ley que cumplen los electrolitos fuertes al desviarse de la idealidad. Representando dicha ecuación, se obtiene una línea recta negativa donde -K es la pendiente y la conductividad molar límite es la ordenada en el origen.

Orden de Reacción

Está definido como la suma de los exponentes de las concentraciones en la ecuación de velocidad de reacción, y se determina experimentalmente.

Inhibidor

Sustancia que desactiva la catálisis, el proceso por el cual se aumenta la velocidad de reacción debido a la participación de un catalizador. La masa de catalizador o inhibidor no se modifica durante la reacción, lo que los diferencia de los reactivos, cuya masa va disminuyendo a lo largo de la reacción.

Constante de Equilibrio (K_eq)

Se expresa como la relación entre las concentraciones molares de productos y reactivos en el equilibrio. Su valor en una reacción química depende de la temperatura, por lo que siempre tendrá que especificarse.

Principio de Le Châtelier

Si en un sistema en equilibrio se modifica algún factor (presión, temperatura, concentración, etc.), el sistema evoluciona en el sentido que tienda a oponerse a dicha modificación, restableciendo un nuevo equilibrio.