
Muchos estudiantes perciben la termodinámica química como una disciplina abstracta y desconectada de la vida cotidiana. Este libro, basado en un enfoque didáctico innovador, busca cambiar esa percepción. Los autores presentan una introducción clara y accesible a las dos magnitudes fundamentales de esta rama de la fisicoquímica: la entropía y, especialmente, el potencial químico. Las consideraciones teóricas se integran con experiencias cotidianas en más de ochenta experimentos demostrativos, muchos de los cuales están disponibles en línea en formato de video. Diseñado principalmente para estudiantes de primer año de universidad, el texto requiere únicamente conocimientos matemáticos básicos, convirtiéndose en una puerta de entrada a esta fascinante área de la química.
1 Introducción y primeros conceptos básicos — página 1
1.1 Dinámica química — página 1
1.2 Sustancias y sustancias básicas — página 3
1.3 Medición y metrización — página 8
1.4 Cantidad de sustancia — página 14
1.5 Mezclas homogéneas y heterogéneas, y magnitudes de composición — página 16
1.6 Estado físico — página 18
1.7 Transformación de sustancias — página 25
2 Energía — página 30
2.1 Hacia la energía de manera indirecta — página 30
2.2 Metrización directa de la energía — página 32
2.3 Conservación de la energía — página 36
2.4 Energía de un resorte estirado — página 38
2.5 Presión — página 40
2.6 Energía de un cuerpo en movimiento — página 42
2.7 Cantidad de movimiento — página 43
2.8 Energía de un cuerpo elevado — página 46
3 Entropía y temperatura — página 47
3.1 Introducción — página 47
3.2 Propiedades macroscópicas de la entropía — página 48
3.3 Interpretación de la entropía a partir de la cinética molecular — página 52
3.4 Conservación y generación de entropía — página 53
3.5 Efectos del aumento de la entropía — página 56
3.6 Transferencia de entropía — página 59
3.7 Metrización directa de la entropía — página 63
3.8 Temperatura — página 65
3.9 Ejemplos de aplicaciones de la entropía — página 68
3.10 Temperatura como “tensión térmica” — página 74
3.11 Energía para la generación o adición de entropía — página 75
3.12 Determinación calorimétrica de la energía — página 80
3.13 Bombas térmicas y máquinas térmicas — página 82
3.14 Generación de entropía en la conducción de entropía — página 86
4 Potencial químico — página 90
4.1 Introducción — página 90
4.2 Características fundamentales del potencial químico — página 92
4.3 Competencia entre sustancias — página 94
4.4 Estado de referencia y valores de los potenciales químicos — página 96
4.5 Signo del potencial químico — página 101
4.6 Aplicaciones en la química y el concepto de “fuerza motriz química” — página 104
4.7 Medición directa de la fuerza motriz química — página 113
4.8 Metrización indirecta del potencial químico — página 118
5 Influencia de la temperatura y la presión sobre las transformaciones de sustancias — página 123
5.1 Introducción — página 123
5.2 Dependencia del potencial químico y de la fuerza motriz con la temperatura — página 123
5.3 Dependencia del potencial químico y de la fuerza motriz con la presión — página 134
5.4 Dependencia simultánea con la temperatura y la presión — página 138
5.5 Comportamiento de los gases bajo presión — página 141
6 Acción de masas y dependencia del potencial químico con la concentración — página 146
6.1 El concepto de acción de masas — página 146
6.2 Dependencia del potencial químico con la concentración — página 147
6.3 Dependencia de la fuerza motriz con la concentración — página 151
6.4 La ley de acción de masas — página 158
6.5 Versiones especiales de la ecuación de acción de masas — página 162
6.6 Aplicaciones de la ley de acción de masas — página 164
6.7 Diagramas de potenciales de sustancias disueltas — página 173
7 Consecuencias de la acción de masas: reacciones ácido-base — página 177
7.1 Introducción — página 177
7.2 El concepto ácido-base de acuerdo a BRØNSTED y LOWRY — página 178
7.3 Potencial protónico — página 179
7.4 Ecuación de nivel y ecuación de protonación — página 189
7.5 Titulación ácido-base — página 194
7.6 Tampones — página 198
7.7 Indicadores ácido-base — página 203
8 Efectos secundarios de las transformaciones de sustancias — página 206
8.1 Introducción — página 206
8.2 Demanda de volumen — página 207
8.3 Cambios de volumen asociados con transformaciones — página 213
8.4 Demanda de entropía — página 214
8.5 Cambios de entropía asociados con transformaciones — página 218
8.6 Conversión de la energía en la transformación de sustancias — página 220
8.7 Efectos del calor — página 224
8.8 Medición calorimétrica de la fuerza motriz química — página 231
9 Relaciones cruzadas — página 235
9.1 Ecuación principal — página 235
9.2 Acoplamiento mecánico-térmico — página 241
9.3 Acoplamiento de magnitudes químicas — página 244
9.4 Más aplicaciones mecánico-térmicas — página 252
10 Gases diluidos desde el punto de vista de la cinética molecular — página 257
10.1 Introducción — página 257
10.2 Ley general de los gases — página 258
10.3 Interpretación cinético-molecular de la ley general de los gases — página 262
10.4 Ecuación de excitación y distribución de velocidades — página 268
10.5 Fórmula barométrica y distribución de BOLTZMANN — página 276
11 Transición a sustancias con mayor densidad — página 279
11.1 Ecuación de VAN DER WAALS — página 279
11.2 Condensación — página 283
11.3 Temperatura crítica — página 286
11.4 Curva de presión de ebullición (curva de presión de vapor) — página 287
11.5 Diagrama de fase completo — página 291
12 Flujo de sustancias — página 297
12.1 Introducción — página 297
12.2 Difusión — página 299
12.3 Acción de masas indirecta — página 302
12.4 Ósmosis — página 304
12.5 Descenso de la presión de vapor — página 311
12.6 Descenso del punto de congelación y elevación del punto de ebullición — página 313
12.7 Propiedades coligativas y determinación de la masa molar — página 316
13 Mezclas homogéneas y heterogéneas — página 318
13.1 Introducción — página 318
13.2 Potencial químico en mezclas homogéneas — página 320
13.3 Potencial adicional — página 325
13.4 Potencial químico de mezclas homogéneas y heterogéneas — página 326
13.5 Procesos de mezcla — página 331
13.6 Otras reacciones de fase — página 335
14 Sistemas de dos componentes — página 338
14.1 Diagramas de fase binarios — página 338
14.2 Diagramas de fase líquido-líquido — página 339
14.3 Diagramas de fase sólido-líquido — página 342
14.4 Diagramas de fase líquido-vapor — página 350
15 Fenómenos interfaciales — página 361
15.1 Tensión superficial y energía superficial — página 361
15.2 Efectos superficiales — página 365
15.3 Adsorción en superficies líquidas — página 369
15.4 Adsorción en superficies sólidas — página 371
Apéndice — página 379
A1 Fundamentos de las matemáticas — página 379
A2 Tabla de potenciales químicos — página 393
Índice — página 407