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.