TERMODINÁMICA
Conceptos básicos
La termodinámica estudia las transferencias de energía entre los sistemas y su entorno.
Sistemas materiales
Estado de un sistema
Proceso termodinámico
Calor (Q)
Trabajo mecánico (W)
Universo = Sistema + Entorno
Tipos
Un sistema es la parte del universo que se aísla de forma arbitraria mediante paredes reales o imaginarias para su estudio. El resto se denomina entorno.
Cerrados: intercambian energía pero no intercambian materia.
Aislados: no intercambian ni materia ni energía con el entorno.
Abiertos: intercambian materia y energía con el entorno.
Las funciones de estado son variables termodinámicas que tienen un valor único para cada estado del sistema. Su variación sólo depende del estado inicial y final y no del camino seguido en el proceso.
El estado queda definido por los valores de un conjunto
de magnitudes físicas asociadas al mismo llamadas variables termodinámicas.
Tipos de variables
Variables extensivas: son las que expresan idea de cantidad y son proporcionales a la cantidad de materia del sistema. Ej: m, v, E...
Variables intensivas: son las que expresan idea de cualidad y no dependen de la masa del sistema. Ej; T, p, d...
Es una transformación en la que un sistema intercambia energía con su entorno, pasando de un estado inicial de equilibrio a otro estado final de equilibrio.
Equilibrio termodinámico: se alcanza cuando el sistema químico no muestra tendencia alguna a realizar cambios en sus propiedades. Incluye equilibrio térmico, equilibrio mecánico y equilibrio dinámico.
Calor específico (Ce)
Calor latente (L)
Es la energía transferida, entre el sistema y su entorno, debida a una diferencia de temperatura o a un cambio de estado físico.
El calor tiene signo positivo cuando es absorbido por el sistema y negativo si es cedido por el sistema.
El trabajo tiene signo positivo cuando es realizado contra el sistema y negativo si es realizado por el sistema.
Pr
Es la energía transferida, entre el sistema y su entorno, debida a una fuerza que efectúa un desplazamiento.
Primer principio de la termodinámica
Definición
Aplicaciones
La variación de energía interna de un sistema es igual a la suma del calor intercambiado entre el sistema y su entorno y el trabajo realizado por el sistema o sobre éste.
Fórmula: ∆U = Q + W
Energía interna
En un sistema aislado la energía interna se conserva.
Si el sistema no está aislado, su energía interna aumentará si absorbe calor o se realiza un trabajo sobre él y disminuirá si desprende calor o realiza un trabajo.
Es una función de estado que equivale a la suma de todas las
energías del sistema.
Como es una función de estado, ∆U depende únicamente de los estados inicial y final del sistema.
Relación entre ΔU (Qv) y ΔH (Qp)
Cuando en la reacción química intervienen gases se puede utilizar la ecuación de estado para calcular el trabajo, si p y T son constantes: Qp = Qv + ∆n x R x T
Si no hay variación en el número de moles de sustancias gaseosas: Qp = Qv
Según el proceso se lleve a cabo a volumen constante o a presión constante, el calor transferido entre el sistema y el entorno toma valores diferentes.
Procesos isoóricos
Procesos isobáricos
Procesos adiabáticos
Procesos isotérmicos
Entalpía (H)
Calor intercambiado durante un cambio de estado.
Q = m x L
Calor intercambiado por diferencia de temperatura.
Q = m x Ce x ∆T
No hay variación de la temperatura o de la energía interna.
Q = -W
Q = 0
∆U = W
El volumen es constante, por lo que el trabajo presión-volumen es nulo.
∆U = Qv (V = cte)
La presión es constante. Qp (p = cte)
Qp = Qv + p x ∆V
Definición
Es una función de estado que se define como H = U + p · V
La entalpía es una propiedad que depende la cantidad de materia y se mide kJ. La entalpía molar no depende de la cantidad de materia y se mide en kJ/mol.
Variación de la entalpía: ∆H = H − Ho = Qp= U + pV − (Uo+ pVo)
Entalpía de reacción
Es el incremento entálpico de una reacción en la que tanto reactivos como productos están en condiciones estándar.
Fórmula: ∆Hreacción= ΣHproductos − ΣHreactivos
Entalpía de formación
Es la variación de entalpía correspondiente a la formación de un mol de sustancia en su estado estándar a partir de sus elementos en dicho estado, a los que se les asigna la
entalpía cero.
La entalpía estándar de los compuestos es igual a su calor de formación.