Qué estudia la Físicoquímica
Estudiar los principios que gobiernan las propiedades y el
comportamiento a nivel macroscópico y microscópico de
los sistemas de interés en el campo de las ciencias
químicas y biológicas
Desarrollar e interpretar las modernas técnicas
empleadas para determinar la estructura y propiedades
de la materia
Fundamentar y establecer las bases de los desarrollos
analíticos y tecnológicos
Termodinámica
Estudia el calor, el trabajo, la energía y los cambios que
producen en los estados de los sistemas.
¿Qué es un sistema termodinámico?
Las propiedades pueden ser descritas
únicamente y totalmente , especificando ciertos parámetros macroscópicos
como ser: Temperatura, Presión y Volumen, estos representan las
propiedades medias del sistema
Sistema: parte de materia o región sobre la que se fija el estudio
Frontera: límites de un sistema
Entorno, Ambiente o Medio Circundante: materia o región que rodea al sistema
SISTEMAS
Aislados
No aislados
•No intercambian con el entorno ni materia, ni energía.
Paredes rígidas, adiabáticas e impermeables.
• No cumplen las condiciones anteriores
Simples
Compuestos
• Macroscópicamente homogéneos
• Isotrópicos• Sin carga eléctrica
• Químicamente inertes
• No cumplen las condiciones anteriores
Cerrados
Abiertos
• No intercambian materia con el entorno
• Si intercambian materia
FRONTERAS
Rígidas
Móviles
• No permiten movimiento (sin paso de W)
• Permiten movimiento (paso de W)
Diatérmanas
Adiabáticas
• No dejan pasar el calor
• Permiten el paso del calor
Permeables
Impermeables
Semipermeables
• Permiten el paso de sustancias
• No permiten el paso de sustancias
• Permiten el paso de sustancias hacia un
sólo lado de la pared
Equilibrio estable y metaestabilidad
En un sistema en equilibrio deben darse una serie
de condiciones internas que tienen su correlato con
otros sistemas que puedan estar en contacto recíproco con el que es objeto de estudio.
• equilibrio mecánico
• equilibrio de fases
• equilibrio térmico
• equilibrio químico
Variables y propiedades extensivas e
intensivas
Intensivas
No dependen de la masa o del número de moles de
cada constituyente del sistema.
Entre éstas se cuenta la densidad,
la presión, la temperatura,el índice de refracción, la tensión
superficial, la concentración
Extensivas
Dependen de la masa o del número de moles de
cada constituyente del sistema. . A una determinada temperatura y
presión, el volumen del sistema depende de su masa.
Entre
las que se cuenta la energía interna, la entalpía, la entropía, la energía libre.
MAGNITUDES INTENSIVAS
Y EXTENSIVAS
Magnitudes extensivas
V (volumen), E
(energía), U(energía interna) ó A (área)
magnitudes intensivas específicas
V(volumen específico = V/m), ρ (densidad = m/V) o ρ (densidad = m/V)
magnitudes intensivas molares
V(volumen molar =V/N),ρ
(densidad molar =N/V) ó U (energía interna
molar =U/N)
Volumen (V)
Es el espacio que ocupa una sustancia; se mide en metros cúbicos(m3).
Volumen específico (v)
Es el espacio que ocupa la unidad de masa de una sustancia; se mide en metros cúbicos por en metros cúbicos por kilogramo (m3/kg)
Densidad (ρ)
Es la masa de la unidad de volumen de una sustancia; se mide en kilogramos por metro cúbico (kg/m3).
PRESIÓN
La presión es la fuerza que se ejerce perpendicularmente
sobre la unidad de área
El pascal (Pa) es la unidad recomendada por el Sistema
Internacional de Medidas
GAS
La presión es el resultado de los
impactos de las moléculas del gas contra la pared
Para gases formados por mezcla de varias sustancias,
la presión parcial es la contribución de cada gas a la
presión total de la mezcla.
Energía y temperatura
Lla energía es una propiedad inherente de la
materia y ésta puede definirse como la capacidad de un
sistema para realizar trabajo.
Cuando se ponen en contacto dos cuerpos cuyos
estados térmicos son diferentes,, se establece un flujo
de energía desde el cuerpo cuyo estado térmico es
mayor hacia el de menor estado térmico.
sistema aislado
A energía es constante
independientemente de as transformaciones que
ocurran en él.
Energía Interna U
Es resultante de los movimientos
moleculares y de las interacciones entre las
partículas
Energía cinética molecular
Es la que
está asociada al estado térmico de los sistemas y por esto con la idea de temperatura.
Energía potencial intermolecular
Estas formas de energía son intercambiables
entre sí dentro del sistema
La ley cero de la termodiámica
Habla de lo que
experimentamos cada día : dos sistemas que estan en
equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio
entre sí. Se dice que dos cuerpos están en equilibrio
térmico cuando, al ponerse en contacto , sus variables
de estado no cambian.
Si A está en equilibrio con B y A también está
en equilibrio térmico con C, podemos concluir
que B está en equilibrio térmico con C.
Con los fundamentos de esta ley, podemos
garantizar la posibilidad de usar un
termómetro Z para averiguar si dos cuerpos X e Y están en equilibrio.
La ley cero es lo que ocurre con la medición de la temperatura
con un termómetro.
El termómetro es un buen ejemplo de
aplicación de la ley cero de la termodinámica pues al medir por ejemplo la temperatura de
un vaso de agua a, el agua está en contacto con
el vidrio y el vidrio con el mercurio, luego el
mercurio se dilata o contrae según corresponda midiendo la temperatura según
en la escala que esté graduado.
Escalas de temperatura
Las escalas de temperatura están basada en referencias a fenómeno
físico a condiciones estándar (1 atm de presión y con g=9,8 m/s^2 ) que
se le asigna un número determinado
En la escala Celsius asignó respectivamente el número 0 y 100, mientras que en la escala Fahrenheit estos puntos son 212 y 32,y en la escala
absoluta 273,15 y 373,15 respectivamente.
Transformación de escalas
Para convertir de ºC a ºF use la fórmula: ºF = ºC x 1.8 + 32.
Para convertir de ºF a ºC use la fórmula: ºC = (ºF-32) ÷ 1.8.
Para convertir de K a ºC use la fórmula: ºC = K – 273.15
Para convertir de ºC a K use la fórmula: K = ºC + 273.15.
Para convertir de ºF a K use la fórmula: K = 5/9 (ºF – 32) + 273.15.
Para convertir de K a ºF use la fórmula: ºF = 1.8(K – 273.15) + 32.
Estados
Estado
termodinámico
Una vez que las propiedades termodinámicas de
un sistema quedan definidas y se ha podido
hacer un registro de éstas se dice que el sistema ha alcanzado la condición de un estado termodinámico
Estado de equilibrio
Se establece que el estado
termodinámico de un sistema es la condición del mismo que queda definido por sus propiedades y
si estas propiedades quedan fijas,, se dice que el sistema está en un estado de equilibrio
Estados de Equilibrio
Equilibrio mecánico
Cuando las distintas partes del sistema no se mueven debido a fuerzas
internas.
Equilibrio térmico
Cuando el sistema no experimenta flujos de calor
internos debido a diferencias de temperatura dentro del sistema. (Principio cero de la
termodinámica).
Equilibrio de fases
Se produce cuando tenemos un sistema formado por la misma sustancia en diferentes estados (por
ejemplo, hielo sumergido en agua) y no varía la
cantidad de ninguna de las fases.
Equilibrio químico
Se da cuando no se producen reacciones químicas en el interior del sistema o, más precisamente, cuando se hallan en equilibrio, de forma que la generación de productos se ve compensada exactamente por la regeneración de reactivos.