¿Porqué suceden las “cosas”? La Termodinámica nos dice que: Primera Ley: La conservación de energía Uuniverso = Usistema + Ualrededores = 0 Segunda Ley: La energía espontáneamente se dispersa, si no hay ningún impedimento, desde una concentración elevada hasta un estado donde está equitativamente distribuida. Suniverso = Ssistema + Salrededores > 0 Conjuntamente, para cualquier proceso: U + PV - TS  0 H - TS  0 G  0

¿Qué implicaciones tiene lo anterior? La naturaleza siempre tiende a equilibrarse (Movimiento Browniano) Equilibrio: G = 0 H = TS Para que suceden las cosas: G < 0 Electricidad (flujo de energía): potential Flujo de fluidos: P (–) Flujo de calor: T (–) Flujo de masa: chemical potential (–)

Ejemplo: Cambio de fases Fuerzas de cohesión vs Movimiento Browniano Entalpía vs Entropía A la temperatura de fusión, Hf = TSf Proceso de fusión Hf < TSf A la temperatura de ebullición, Hv = TSv Evaporación Hv < TSv En ambos casos, se rompen enlaces La temperatura del cambio de fase es una indicación de la fuerza de los enlaces

Soluciones: cuestión de afinidades El equilibrio nos muestra el balance entre fuerzas Cuando perturbamos este balance, un proceso nuevo occure que tiende a un estado nuevo de equilibrio Procesos cinéticos Disociación de agua H2O  H+ + OH- [H+][OH-]  10-14

Disolución Las sales iónicas poseen una cantidad enorme de energía de látice Disociación y Disolución contrarrestan energías de solvatación MA  M+ + A- HA  H+ + A- H2O: muy polar Alcoholes: no tan polar Alcanos: no-polar

Forma y distribución aproximadas del agua                                                                                                              Forma y distribución aproximadas del agua                                                                                         Note that the average electron density around the oxygen atom is about 10x that around the hydrogen atoms. Agua                                                                                         Notese que la densidad electrónica alrededor del átomo de oxígeno es aproximadamente 10 veces aquella que rodea los átomos de hidrógeno.

Hidratación e hidrólisis de los iones metálicos Los iones metálicos atraen agua (usualmente 6) Además hay repulsión del H+, y por eso muchos metales tienden a hidrolizar al agua: Mz+ + 2H2O  Mz+OH- + H3O+ O más correctamente, Mz+(H2O)6 + H2O  (M(H2O)5OH)z-1 + H3O+ (M(H2O)5OH)z-1 + H2O  (M(H2O)4(OH)2)z-2 + H3O+ : H+ H Mz+ + O-  Mz+ O H+ H

etc., etc. hasta la precipitación Polimerización Ejemplo, Fe(H2O)5OH2+ + Fe(H2O)5OH2+  OH [(H2O)4Fe Fe(H2O)4]4+ + 2H2O OH etc., etc. hasta la precipitación

En la forma abreviada (sin el agua que hidrata), Fe3+ + 2H2O  FeOH2+ + H3O+ O Fe3+ + OH-  FeOH2+ 2FeOH2+  Fe2(OH)24+ Se precipita hidróxido o óxido férrico ¿Qué propiedad de la solución impediría la precipitación?  [OH-] or pH

Constante de Equilibrio HnA  nH+ + An- De la Termodinámica, El producto de solubilidad es un caso particular de la constante de equilibrio, donde el producto es un sólido (as=1)

Proceso de Equilibración aA + bB  cC + dD La reacción procede cuando Q  K Hacia los productos cuando Q < K Hacia los reactivos cuando Q > K Cuando se alcanza el equilibrio, Q = K = Qeq