Funciones de estado en termoquímica

Definición de función de estado

Imagina que quieres escalar el monte Snowdon en mi país de origen, Gales. Gales es el pequeño país que acaba de dejar Inglaterra. Puedes subir a la cima de la montaña de dos formas diferentes. Puede pasar de dos a cuatro horas caminando hasta el pico de 3,560 pies o puede tomar el tren, que es un viaje agradable y tranquilo de 1 hora hasta la cima. Debido a que no puede caminar en línea recta, su distancia de caminata es mucho mayor que la altura de la montaña. El tren, en cambio, tiene una ruta mucho más directa a la cima.

Ambas formas lo llevarán a la cima y, en ambos casos, su altitud de principio a fin cambiará en 3,560 pies. Críticamente, no importaba cómo llegaste a la cima de la montaña, el cambio de altitud era el mismo. Este es un ejemplo de una función de estado , que es una propiedad cuyo valor no depende de la ruta tomada para alcanzar ese valor específico.

En otras palabras, no importaba si subiste la montaña a pie o en tren, aún terminaste a 3.560 pies más alto que cuando comenzaste. Su posición final en ambos casos fue la misma. Ahora bien, no todo es función estatal. Permítanos explorar la forma en que subió a la montaña. Si subiste, pones mucho más esfuerzo para hacer la escalada.

Pero si tomaba el tren, hacía muy poco esfuerzo para subir la montaña, ya que el tren hacía todo el trabajo por usted. Así que la cantidad de esfuerzo que hiciste fue diferente y dependió del camino que subieras a la montaña. A este esfuerzo lo llamamos trabajo .

El trabajo es una función de ruta y no una función de estado, porque el valor cambia según la ruta que tome. La pregunta fundamental para determinar si algo es una función de estado es: ¿me importa cómo obtuve el valor final? Si la respuesta es ‘no’, entonces es una función de estado.

Usar funciones de estado

Ahora probablemente estés sentado ahí pensando, ¿por qué diablos me importa? ¿Por qué necesitaría conocer las funciones estatales? Los matemáticos se preocupan mucho por las funciones estatales y pasan mucho tiempo escribiendo ecuaciones sobre ellas.

Pero afortunadamente para nosotros, realmente no necesitamos entender las matemáticas; solo necesitamos saber cómo podemos usar las funciones de estado. Nos encontramos con muchas funciones estatales en termoquímica y termodinámica. Muchas de las ecuaciones involucradas en estos temas incluyen propiedades que son funciones de estado. Lo realmente bueno de las funciones de estado es que hacen que los cálculos sean simples y fáciles.

Todo lo que necesitamos saber es el cambio de estado : el cambio de valor entre la posición final y la inicial. No necesitamos saber cómo ocurrió este cambio. Las funciones de estado realmente nos ayudan con algo llamado Ley de Hess. No entraremos en eso en detalle aquí ya que la Ley de Hess se trata en otra lección.

Funciones estatales importantes

Bueno. Entonces, ahora que hemos revisado qué son las funciones de estado y por qué se usan, exploremos algunas propiedades que son funciones de estado. Empezaremos por la temperatura .

Digamos que tenemos un vaso de agua a temperatura ambiente que mide 22 grados Celsius. Entonces, ¿qué pasaría si agrego un cubo de hielo grande? La temperatura bajará, por supuesto. Con el cubo de hielo, nuestra agua desciende de 22 grados Celsius a 18 grados Celsius.

Entonces, es hora de algunas preguntas más difíciles. ¿La temperatura final sería diferente si el cubo grande se rompiera en tres cubitos de hielo más pequeños? ¿Sería diferente si los tres cubitos de hielo más pequeños se agregaran uno a la vez a intervalos de 10 segundos?

La respuesta a ambas preguntas es no. Siempre que la temperatura final sea la misma para cada vaso, y en nuestro caso sea de 18 grados centígrados, no importa cómo se haya hecho el enfriamiento. La temperatura es una función estatal.

Otras dos propiedades realmente importantes de la química con las que te encontrarás con frecuencia son la energía y la entalpía . Tanto la energía como la entalpía son funciones estatales. Estos conceptos se encuentran en el corazón de la termoquímica y la termodinámica.

Hay muchas otras propiedades que entran en la categoría de función de estado. Los más importantes que hay que conocer para la química son masa, presión, densidad, energía, temperatura, volumen, entalpía, entropía, energía libre de Gibbs y composición química.

Cada uno se basa solo en el cambio en el estado final e inicial y no en cómo llegamos allí. Entonces, al igual que nuestro ascenso a la montaña, lo único que importaba era el cambio de altitud y no que tomáramos el tren o elegimos caminar. Para ayudarle a recordar las propiedades importantes que son funciones de estado, aprender esta frase: M cualquier P ersonas D eserva E ntertaining T ele V isión; E oda persona E njoys G ran C omedies.

Resumen de la lección

En esta lección, aprendió que una función de estado es una propiedad cuyo valor no depende de la ruta tomada para alcanzar ese valor específico. En otras palabras, no importa cómo llegues; todo lo que importa es dónde comenzaste y dónde terminaste.

Las funciones de estado son realmente importantes en termoquímica y termodinámica. Las funciones de estado nos ayudan a simplificar nuestros cálculos y ver el cambio de valor entre la posición final y la inicial, también conocido como cambio de estado .

Masa, presión, densidad, energía, temperatura, volumen, entalpía, entropía, energía libre de Gibbs y composición química son ejemplos de funciones de estado en termoquímica.

Los resultados del aprendizaje

Después de esta lección, debería tener la capacidad de:

• Definir función de estado y cambio de estado
• Explicar la importancia de las funciones estatales.
• Identificar propiedades importantes que son funciones estatales.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador